500 kV斷路器滅弧室碎裂原因分析及預防措施

李相棟，李猷民，張 偉，王寶利

(國網山東省電力公司檢修公司，山東 濟南 250118)

1 事件經過

2017-04-19，“銀東直流輸電工程”中膠東換流站功率由3 600 MW升至4 000 MW，5612小組濾波器自動投入后，巡視人員發現C相斷路器滅弧室碎裂。對5612斷路器進行檢查，發現動靜觸頭之間未直接接觸，母線側滅弧室動觸頭傳動連桿斷裂，如圖1所示。斷路器(型號LW15-550/Y4000-63)為常規瓷柱式高壓SF6斷路器，于2010-10-28投運，其負載為并聯電容器，負載容性電流200 A。2015年斷路器大修后例行試驗結果正常，大修至今動作339次。

圖1 傳動連桿部位斷裂情況

2 傳動連桿材料試驗分析

發生斷裂的傳動連桿材質為球墨鑄鐵，牌號QT500-7。對斷裂傳動連桿進行各項材料檢測和性能試驗。

(1) 宏觀檢驗。利用光學顯微鏡對傳動連桿斷裂處形貌進行宏觀分析，發現內、外側傳動連桿斷口較粗糙，呈脆性斷裂形貌；且內側傳動連桿斷口存在1處直徑約5 mm的縮孔缺陷及大量氣孔。

(2) 金相分析。在光學顯微鏡下觀察球磨鑄鐵金相組織(見圖2)，完成顯微組織的球化評級。取樣中石墨大部分呈球狀和團狀，球化率為90 %，金相組織為鐵素體、石墨和少量珠光體。根據GB/T 1348—2009《球墨鑄鐵件》標準，石墨以球狀為主，球化級別不低于GB/T 9441—2009《球墨鑄鐵金相檢驗》規定的球化級別：4級。所檢試樣球化級別均符合標準要求。

圖2 光學顯微鏡下的球磨鑄鐵金相組織

(3) 力學性能試驗。對傳動連桿斷口附近取樣進行硬度檢測，布氏硬度平均值為142.4 HB。根據標準GB/T 1348—2009，QT500-7布氏硬度參考范圍為：170—230 HB，可見傳動連桿硬度值低于標準參考范圍。

對傳動連桿取樣進行機械性能拉伸檢測，抗拉強度分別為422 MPa，424 MPa；屈服強度為327 MPa，316 MPa；伸長率為7.0 %，8.0 %。參考機械性能拉伸檢測，抗拉強度低于單鑄試件標準要求下限，屈服強度低于標準要求。

3 滅弧室碎裂原因分析

由于對鑄造工藝的管控不嚴，斷路器傳動連桿內部有1處有明顯氣泡及大量氣孔，其硬度、抗拉強度、屈服強度均達不到標準要求；在斷路器多次分合作用下，傳動連桿發生斷裂，導致斷路器合閘不到位，動靜觸頭之間持續電弧導通；受電弧高溫影響，滅弧室內SF6氣體壓力持續增大，造成滅弧室碎裂。

4 運行維護注意事項及預防措施

(1) 在直流功率升降過程中，嚴禁任何人員在交流濾波器現場觀察設備狀態或開展其他工作。

(2) 進行手動操作交流濾波器時，如需要人員現場觀察狀態，應在濾波器斷路器操作完成后近距離觀察，嚴禁在操作過程中靠近設備。

(3) 交流濾波器檢修或者試驗過程中，需要對開關進行分合時，現場人員應加強監視，注意安全距離，防止設備發生意外而對人身安全造成傷害。

(4) 安排計劃解體同批次、同型號斷路器滅弧室，檢查傳動連桿情況，及時發現設備隱患。

(5) 將此事件反饋制造廠，要求其嚴控鑄造工藝，確保斷路器制造質量合格。