LW6－220型斷路器絕緣拉桿脫落分析

馬虎濤，黃章強

(中國南方電網超高壓輸電公司，貴州 興義 562400)

1 前言

高壓斷路器不僅可以切斷或閉合高壓電路中的空載電流和負荷電流，而且當系統發生故障時通過繼電器保護裝置的作用，切斷過負荷電流和短路電流，它具有相當完善的滅弧結構和足夠的斷流能力。而當斷路器本身故障失去應有切斷電流的能力，將可能造成其他電力設備損害或者給電力系統穩定造成威脅。

某換流站某個LW6－220型斷路器B相在斷路器處于分閘狀態下仍然帶額定電壓，對其進行試驗，發現B相在分閘、合閘狀態下回路電阻均為50 μΩ左右，說明斷路器B相在分閘操作后并沒有實際可靠分開，主回路仍然處于正常導通狀態。進行解剖后發現為絕緣拉桿脫落。

2 LW6－220型斷路器結構簡介

2.1 LW6－220型斷路器總體結構

LW6－220型斷路器每相主要由滅弧室、均壓電容器、三聯箱、支柱、聯接座、密度繼電器、動力單元等部分組成 (見圖1)。每組斷路器有一個集中的操作機構，內有控制閥、油壓開關、電動油泵、手力泵、防震容器、輔助貯壓器、信號缸、輔助開關、主油箱等元件，完成打壓及分、合閘命令。

2.2 絕緣拉桿與觸頭連接結構

LW6－220型斷路器支柱內有一根直徑約5厘米的絕緣拉桿，其頂端與三聯箱下方“上連桿”延伸至支柱內的鋁接頭通過S型彈簧，再填充環氧樹脂作為連接媒介進行連接。S型彈簧共6圈，鋼絲直徑約4 mm。

圖1 LW6－220型斷路器外形圖

3 原因分析

3.1 材料原因

絕緣拉桿和上連桿之間通過填充環氧樹脂進行固化。環氧樹脂的老化脫落導致絕緣拉桿無法與上連桿穩定固定，在斷路器動作過程中就會出現絕緣拉桿脫落現象。環氧樹脂作為固化劑本身是一種化學物質，化學物質在特定的環境下會老化，影響固化的環氧樹脂老化的因素主要有以下四方面:

1)斷路器操作的高強度機械應力影響，斷路器在分合過程中絕緣拉桿受到上下的機械應力:LW6－220型斷路器運行額定壓力P=32.8 MPa，工作缸活塞直徑d1=60 mm，工作缸活塞桿直徑d2=22 mm，S型彈簧共有6圈。

絕緣分閘時拉桿所受力:

式中:F:分閘絕緣拉桿所受的力kN

P:液壓油壓力328 kg/cm2

d1:工作缸活塞直徑cm

d2:工作缸活塞桿直徑cm

S型彈簧總共有6圈，每一圈所受的力為F/6=13.3 kN，相當于1噸多的重量瞬時施加在每一圈的彈簧上，S型彈簧將力施加在環氧樹脂上，雖然絕緣拉桿和上連桿上有螺紋，但是在環氧樹脂完好時，這些力完全施加在環氧樹脂上，這就加速了環氧樹脂內部結構的破壞，導致其加速老化。

2)斷路器的高電場環境影響，LW6－220型斷路器運行電壓為220 kV，上連桿帶有220 kV電壓，環氧樹脂長時間在此種電場環境下其內部組織結構會物理變化，改變其原有的物理特性。

3)高溫影響，天生橋換流站所屬亞熱帶高山氣候，年平均氣溫16℃，夏季地面直射溫度常常在40℃以上，高溫環境促使環氧樹脂老化。

4)斷路器內SF6分解產物的影響［1］，LW6－220型斷路器的三聯箱和滅弧室正常情況不聯通，但是通過絕緣拉桿的縫隙有微量的SF6氣體能夠互相流動，滅弧室內SF6分解產物進入三聯箱，SF6分解產物主要是硫化物，對環氧樹脂具有極強的腐蝕性，雖然環氧樹脂的抗腐蝕能力很強，但是在長期腐蝕作用下也會加速環氧樹脂老化。

綜合上述分析，環氧樹脂在高強度機械應力、高電場環境、高溫、斷路器內SF6分解產物的影響下會加速老化，環氧樹脂老化后就不能起到絕緣拉桿和上連桿的固定連接作用，從圖3中可以看出，故障的絕緣拉桿和上連桿之間填充的環氧樹脂早已經粉化脫落，在斷路器分合閘過程中絕緣拉桿旋轉脫落。所以環氧樹脂作為絕緣拉桿和上連桿連接的固化材料是導致絕緣拉桿松脫的重要原因

3.2 工藝原因

通過LW6－220型斷路器結構可以分析出，絕緣拉桿和上連桿之間的連接是模擬螺柱和螺帽的原理，同時給S型彈簧里面填充環氧樹脂進行固化。在進行填充環氧樹脂時使用機器熱填充，而填充的空間是一個密閉空間，在填充的時候只有一個環氧樹脂進口，沒有排氣口，這樣就需要工作人員的素質和水平很高，所以在一般填充過程中或多或少都會有氣泡夾雜在環氧樹脂里面，這樣就會導致環氧樹脂不能充分填充，使連接部位強度不夠。

雖然環氧樹脂內夾雜了氣泡，機械強度不夠，但是在一定時期內不會影響斷路器的正常運行，只是達不到運行年限，所以在斷路器運行很多年后才會發生由于這一工藝原因引起的缺陷。由于受當時工藝水平的限制，這一缺陷被隱藏，工藝水平是導致絕緣拉桿松動的另一重要原因。

3.3 結構原因

LW6－220型斷路器機構為液壓機構，絕緣拉桿和活塞桿相連接，活塞桿是靠液壓油的傳動進行動作，液壓油屬于液體在活塞內的流動具有任意性，不只有橫向的推力，還會產生縱向的旋轉力，旋轉力的方向不定，這樣液壓油會對絕緣拉桿產生旋轉力，

LW6－220型斷路器絕緣拉桿和上連桿之間的連接主要靠S型彈簧和厭氧膠的固定，此型號的產品主要仿制法國MG公司產品，MG公司原型號斷路器絕緣拉桿是在端頭膠裝部位加有定位銷［2］，加裝定位銷是防止絕緣拉桿自由轉動，由于LW6－220型結構上的缺陷導致在長期運行狀態下，隨著環氧樹脂老化，固化作用的減弱，絕緣拉桿受旋轉力的作用，又沒有其他定位方法的情況下發生絕緣拉桿松脫現象。

在LW6－220型斷路器絕緣拉桿和上連桿連接部分本身存在材料、工藝、結構缺陷的情況下，經過長時間的運行 (大概10年)后陸續出現絕緣拉桿脫落現象。

4 預防措施

4.1 絕緣拉桿松動的直接檢查

絕緣拉桿之所以能夠松動還是由于拉桿有轉動，拉桿有轉動只有在斷路器動作的時候，所以每次停電或者斷路器動作的時候都應該對絕緣拉桿進行檢查確保LW6－220型斷路器的可靠運行，這里檢查分為兩種:一種為停電檢查，另一種為不停電檢查。

1)停電檢查:進行絕緣拉桿松動檢查，檢查方法為:首先將斷路器操作至檢修狀態，并將斷路器液壓系統壓力釋放，再將該類型的斷路器分合閘指示牌觀測窗打開，使用22 mm的開口或者梅花扳手，將扳手套在絕緣拉桿和下連桿連接的法蘭螺絲上，從下往上看順時針扳動扳手根據轉動的情況判斷絕緣拉桿松動情況，只要絕緣拉桿有松動一般都認為此斷路器處于故障狀態不能夠再投入使用。

2)不停電檢查:在重合閘或者在斷路器操作后不停電的情況下，對該型斷路器絕緣拉桿進行標識檢查，檢查絕緣拉桿是否松動。

從試驗數據可以看出，因為絕緣拉桿松脫，斷路器的合閘行程變短，分閘行程變長，因此，合閘時間小于正常相值，分閘時間大于正常相值。將絕緣拉桿恢復到位后，動作時間于正常相相差不大，三相動作一致。同時可以看出，松脫越多，動作時間的變化量越大。因此，預防性試驗測量斷路器動作時間時，應與交接試驗值進行比較，當動作時間超過1 s以上時應及時進行檢查，提早發現設備缺陷。

5 結束語

LW6－220型斷路器現在已經運行十幾年，該型號的絕緣拉桿松動正處在高發期，分析LW6－220型斷路器絕緣拉桿松動原因，采取相應的預防措施，才能保證設備安全可靠運行，才能保證電力系統安全穩定運行。通過我們介紹的檢測方法，一旦發現絕緣拉桿松動，根據應急方案采取措施，立即對故障設備進行處理，做到早發現、早處理、早運行。但是最好的措施是對現在有的LW6－220型設備進行全面處理 (大修或更換)才能使絕緣拉桿松動隱患徹底排除。

［1］丁著明，吳良義，等.環氧樹脂的穩定化 (Ⅰ)環氧樹脂的老化研究進展 ［J］.熱固性樹脂，2001，16(5):34－36

［2］郭若穎，潘富國，侯恩華.LW6－220型開關絕緣拉桿脫落分析［J］.山西焦煤科技，2005，6:47－48