LW15A-550斷路器導電回路電阻超標原因分析及處理

單華平 陳 亮 叢中笑

（1.中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司貴陽局，貴州貴陽550081；2.貴州電網有限責任公司電力科學研究院，貴州貴陽550002）

0 引言

高壓斷路器是電力系統中非常重要的電氣設備，斷路器的狀態好壞直接影響電網的安全穩定運行。導電回路電阻是監測斷路器狀態和檢驗斷路器安裝檢修質量的一個重要指標。斷路器的導電回路是由若干元件相互電接觸構成的，元件經過電接觸后將會產生接觸電阻，加上斷路器導電桿自身的電阻，使得整個導電回路將呈現一定的電阻。導電回路電阻升高，將使導電部位溫度升高，直接影響斷路器正常工作時的通流能力，嚴重時將影響斷路器熱穩定性和電動穩定性，危及斷路器的安全運行。

1 故障描述

2017年3月8日，對500 kV獨山變電站5021斷路器開展導電回路電阻測試時，發現5021斷路器三相導電回路電阻均超過允許值，A相、B相、C相導電回路電阻值分別為93 μΩ、102 μΩ、101 μΩ。該斷路器型號為LW15A-550，2009年8月出廠，2010年5月投運。該型號斷路器的導電回路電阻廠家規定值為不大于75 μΩ，按照南方電網《電力設備檢修試驗規程》（Q/CSG 1206007—2017）規定，運行中的敞開式斷路器導電回路電阻的測量值不大于制造廠規定值的120%，即不大于90 μΩ。

2 測量方法介紹

2.1 接觸電阻構成

接觸電阻分為收縮電阻和表面電阻。電流流經接觸表面時，從截面尺寸較大的導體轉入面積很小的接觸點，電流線會發生劇烈收縮，此時所呈現的電阻即為收縮電阻。電接觸的接觸面總會被一些導電性能很差的物質覆蓋，由于這種原因引起的電阻增大即為表面電阻。斷路器接觸表面的覆蓋物可能是金屬的氧化物、硫化物。通常，接觸電阻的影響因素主要有材料性質（如電阻率、材料硬度、材料的化學性能、金屬氧化物的機械強度等）、接觸形式（如點接觸、線接觸、面接觸）、接觸壓力、接觸表面加工情況。

2.2 測量方法

斷路器導電回路電阻的常用測量方式為采用直流電壓降法，給被測回路施加一定的電流，測出被測回路上的電壓降，再根據歐姆定律計算出接觸電阻。通常，施加的電流不小于100 A，以擊穿接觸表面所覆蓋的氧化物、硫化物等，盡可能減少接觸面的表面電阻。

導電回路電阻超標有很多影響因素，例如滅弧室觸頭材質不良、產品設計有缺陷、生產工藝及安裝工藝不良等。針對不同原因引起的導電回路電阻超標，處理方法也各有不同。測量斷路器導電回路電阻時，常用的整體測試方法不能判斷具體的超標部位，也就不能確定超標的原因。因此，需要采用分段測試方法，定位具體超標部位，針對不同部位導電回路電阻超標，采取相對應的處理措施。

3 解體檢查

3.1 解體前測試

為查明5021斷路器導電回路電阻超標的真實原因，將5021斷路器返廠解體檢查。為了定位回路電阻超標的具體部位，解體前采用分段測試方法復測各部位的接觸電阻。分段測試點示意圖如圖1所示。

圖1 分段測試點示意圖1—靜側法蘭 2—動端法蘭 3—軀殼法蘭 4—軀殼法蘭5—動端法蘭 6—接線板

分段測試結果如表1所示（測試電流：100 A）。

表1 5021斷路器解體前導電回路電阻分段測試結果

根據表1測試結果可知，5021斷路器滅弧室回路電阻均合格（1-2點和5-6點，廠家管理值≤42 μΩ），中間軀殼兩側鑄件法蘭面與動側鋁法蘭之間連接面接觸電阻均超標（2-3點和4-5點，廠家管理值≤3 μΩ）。

3.2 解體情況

（1）中間軀殼鑄件法蘭面和動側鋁法蘭面有輕微氧化現象。5021斷路器A相左側法蘭面解體情況如圖2、圖3所示，A相右側法蘭面以及B、C相解體情況類似。

圖2 A相左側鋁法蘭

圖3 A相左側鑄件法蘭

（2）滅弧室動、靜主觸頭對中完好；動、靜弧觸頭，由于斷路器開斷電流原因，有正常的輕微燒蝕。

4 原因分析

根據解體情況可知，5021斷路器回路電阻超標的真實原因為中間軀殼兩側鑄件法蘭面與動側鋁法蘭的接觸面有輕微氧化。

斷路器的中間軀殼兩側鑄件法蘭與動側鋁法蘭裝配后，為保證法蘭連接面密封完好，不受雨水、潮氣浸入，通常在法蘭連接面處和穿孔螺栓、螺母表面，涂覆防水膠，起到良好的阻止水分和潮氣侵入的作用。

5021斷路器中間軀殼兩側鑄件法蘭面與動側鋁法蘭的接觸面輕微氧化的原因可能是產品在出廠前未按工藝要求正確涂覆防水膠，或在戶外長期運行過程中，由于外部環境的影響，防水膠層老化、開裂等，雨水和潮氣侵入到法蘭連接面處，而使法蘭連接面輕微氧化，造成法蘭連接面接觸電阻增大。

5 應對措施

5.1 法蘭連接面回路電阻與溫升的關系

法蘭連接面回路電阻升高，將導致超標部位溫升增加，只要溫升增加幅度控制在允許范圍內，不影響斷路器滅弧室的正常運行和短路電流開斷。法蘭連接面回路電阻與溫升的關系可以通過牛頓公式來計算。

該產品長期通流為5 000 A，環境溫度40℃，軀殼接觸部位最大允許溫升50 K，經計算，軀殼和法蘭接觸面之間的散熱面積約為1.47 m2，根據牛頓散熱公式Q=TKS，可以計算出最大允許溫升的導體發熱量Q。公式中，T為導體發熱溫升，S為導體散熱面積，K為綜合散熱系數，根據經驗K取為12 W/（m2·K）。

最大允許溫升對應的回路電阻為：

考慮1.1～1.2安全系數，最大允許溫升對應的實際接觸電阻為：

5.2 法蘭面接觸電阻升高的影響

根據上述計算結果可知，只要法蘭接觸面實際接觸電阻R實不超過25 μΩ（考慮1.1～1.2安全系數），局部輕微氧化而造成的溫升增加不影響斷路器的正常運行。當法蘭接觸面實際接觸電阻超過25 μΩ時，應對法蘭連接面進行解體處理。將接觸電阻超標的法蘭連接面打開，對其進行打磨和清理，然后將法蘭面連接螺栓按規定力矩緊固，并在法蘭裝配連接面、穿孔螺栓、螺母表面重新涂覆防水密封膠。

5.3 滅弧室回路電阻升高的影響

根據該產品運行后的技術規范要求，單斷口滅弧室回路電阻需控制在42 μΩ以內，以免影響斷路器滅弧室正常電流和短路電流開斷，危及斷路器的安全運行?，F場測試時如發現滅弧室回路電阻超標，應將斷路器停運，進行解體檢查和返修。

6 結語

500 kV斷路器導電回路電阻是監測斷路器狀態和檢驗斷路器安裝檢修質量的一個重要指標，是由滅弧室動靜觸頭接觸電阻、中間軀殼兩側鑄件法蘭面與動側鋁法蘭接觸面的接觸電阻等構成的。斷路器導電回路總電阻升高，不一定是滅弧室回路電阻升高，可能是法蘭連接面接觸電阻升高，應采用分段測試方法，逐步定位具體超標部位，針對不同部位回路電阻超標，采用相應的處理措施，保障斷路器的安全穩定運行。