一起斷路器絕緣拉桿松動事故分析及防范措施研究

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(1.國網四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610041；2. 西安工業大學，陜西 西安 710021；3. 四川科銳得實業集團公司，四川 成都 610041)

0 引 言

高壓斷路器作為電力系統中的重要設備，起著控制和保護的雙重作用，其性能對電網運行的穩定性以及供電的可靠性有直接影響[1-4]。LW6-220型斷路器作為中國早期自主研發的主流SF6斷路器之一，在四川電網使用較多。近年來，隨著電網規模不斷發展，該型設備故障頻發，給電網運行帶來較大威脅[5-10]。

下面以某220 kV變電站的一起LW6-220型斷路器絕緣拉桿松動事故為例，通過試驗研究及解體分析，找出發生故障的主要原因；最后，結合現場情況，對該型斷路器的運行維護提出了預防性的措施和建議[8-10]。

1 故障概況

1.1 故障前變電站的運行方式

2016年1月28日20：55：54，某220 kV變電站橋棉線261斷路器B相發生拉桿松脫故障。故障前該220 kV變電站220 kVⅠ、Ⅱ母并列運行，旁母熱備用；220 kV橋棉線261號斷路器、棉竹線270號斷路器、棉漢一線268號斷路器、1號主變壓器201斷路器運行于220 kV Ⅰ母；220 kV棉漢二線266號斷路器、壩棉線267號斷路器、南棉線262號斷路器、2號主變202斷路器運行于220 kV Ⅱ母；110 kV松棉線運行于110kV Ⅲ母。運行方式如圖1所示。

圖1 某200 kV 變電站主接線

1.2 故障情況

2016年1月28日20：55：54，220 kV橋棉線B相發生接地故障，約20 ms，站側1號保護縱聯差動，2號保護縱聯零序、縱聯距離保護動作出口，B相斷路器單相跳閘不成功；同時，對應電廠側1號保護縱聯差動、2號保護縱聯距離保護動作，斷路器跳閘。

橋棉線斷路器B相單相跳閘失敗后，溝通三相跳閘啟動，170 ms后三相跳閘，A、C相跳閘成功，B相未跳開。約330 ms，母差失靈保護動作，420 ms后220 kVⅠ母所有斷路器間隔(橋棉線、棉竹線、棉漢一線、1號主變壓器201斷路器)及母聯212斷路器跳閘(橋棉線斷路器跳閘不成功)，所有電源全部消失，故障切除。同時，因母差失靈保護動作切除220 kV棉漢一線，站安控裝置動作，切除220 kV壩棉線及110 kV松棉線。

故障發生后，值班員現場檢查發現：220 kV橋棉線261、棉竹線270、棉漢一線268、壩棉線267、母聯212、1號主變壓器201和110 kV松棉線153等斷路器均位于分閘位置。結合故障錄波分析，可以初步推斷出橋棉線261斷路器B相故障時并未分閘到位。

1.3 故障斷路器信息

該220 kV變電站共有7臺LW6-220型SF6斷路器，出廠日期均為1999年7月，投運日期均為2001年4月，額定電流為3150 A，額定短路開斷電流為40 kA。

LW6-220型斷路器主要由滅弧室、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，具體結構如圖2所示。

圖2 LW6-220型斷路器單極剖面

2 試驗檢查

為了分析故障原因，對橋棉線261斷路器進行試驗檢查，測試三相分閘時間、合閘時間、回路電阻、斷口絕緣數據如表1所示。

表1 橋棉線261斷路器試驗數據

由表1可得，斷路器合閘時三相回路電阻值均屬于正常范圍，說明斷路器三相合閘均到位；斷路器分閘時斷口間絕緣電阻值屬于正常范圍，說明斷路器三相均已分閘；B相分、合閘時間均比其他兩相明顯偏小，分、合閘相間不同期均嚴重超過“≤2 ms”的標準要求；B相總行程比標準值150 mm小了20 mm，說明該相可能出現了分閘不到位。

3 解體檢查

為進一步確定故障原因，對橋棉線261斷路器B相本體進行了返廠解體檢查。解體后發現，橋棉線261斷路器B相絕緣拉桿下部與金屬拉桿的螺紋連接處彈簧退絲嚴重，達到一圈半左右(如圖3所示)，折合拉桿豎直方向移動距離20 mm，相當于絕緣拉桿被加長，同時螺紋連接處的粘接材料硬化脫落。

圖3 絕緣拉桿下部與金屬拉桿的螺紋連接處彈簧退絲情況

從圖4和圖5可以看出，兩個斷口的靜主觸頭、屏蔽罩、動主觸頭、壓氣缸及絕緣噴嘴均存在明顯的電弧燒灼痕跡。

圖4 靜主觸頭及屏蔽罩燒灼情況

圖5 動主觸頭、壓氣缸及絕緣噴嘴燒灼情況

兩個斷口動弧觸頭的觸指瓣明顯脹大，被完全頂松，靜弧觸頭插入后兩者不能緊密接觸,具體情況如圖6所示。此外，由主觸頭接觸痕跡可得，兩個斷口動靜觸頭的對中性良好。

圖6 動弧觸頭瓣明顯脹大情況

4 故障原因分析

橋棉線261斷路器B相絕緣拉桿與金屬拉桿間是靠螺紋來傳遞操作動力的。但是，由于存在絕緣拉桿無定位銷、粘接材料老化的缺陷，絕緣拉桿在斷路器操作過程中受到相當大的沖擊力，造成粘接破壞而出現拉桿松動，絕緣拉桿下部與金屬拉桿的螺紋連接處出現退絲現象。退絲過程隨著操作的次數增加而不斷累積，特別是液壓機構在操作的時候，其活塞往往存在著一定的轉動，從而加劇了拉桿的退絲過程。

橋棉線261斷路器的絕緣拉桿與金屬拉桿僅采用螺紋連接，并未采取定位銷等更加可靠的連接方式。斷路器解體發現拉桿已經退絲一圈半左右，折合拉桿豎直方向的移動距離為20 mm，相當于絕緣拉桿被加長，同時螺紋連接處的粘接材料硬化脫落。合閘時絕緣拉桿帶動動觸頭向上伸，使得斷路器的開距減小，接觸行程增大。隨著接觸行程的加大，導致靜弧觸頭插入動弧觸頭的深度增加。當接觸行程增加12 mm以上時，靜弧觸頭就會頂到動弧觸頭的根部，動弧觸頭的觸指瓣被明顯脹大且完全頂松，導致靜弧觸頭與動弧觸頭實際接觸不可靠，造成分閘時弧觸頭先分離，主觸頭后于弧觸頭分離，電弧電流始終流過主觸頭而無法熄弧。由于故障電流無法切除，繼而引起220 kV 1號母差失靈保護和安控先后動作，事故發生。

5 防范措施

目前，LW6-220型斷路器絕緣拉桿松動問題

已在國內造成數起事故，所以應對絕緣拉桿的機械強度、連接可靠性及防范措施給予足夠的重視。

1) 高壓斷路器絕緣拉桿與動觸頭裝配連桿的連接是否牢固，對提高斷路器動作可靠性和確保電網安全運行至關重要，制造廠家要特別重視這個部位的結構設計、零部件加工和裝配工藝。

2) 鑒于目前對絕緣拉桿松動尚無直接的檢測手段，建議對斷路器的正常分合閘的位置進行標記，并在日常運行中加強對該型斷路器的監視；同時，在斷路器分合閘到位后，應檢查監控和保護裝置的動作信息情況，并檢查斷路器操作后一次回路電流、電壓是否正常。

3) 建議對此類絕緣拉桿結構的LW6-220斷路器及時進行更換，對于無法更換的斷路器，除在絕緣拉桿旋接部位增加膠粘外，還應再采取安裝定位銷等可靠的防松動措施。

6 結 論

LW6-220型斷路器現在已經運行十幾年，其絕緣拉桿松動正處在高發期，而絕緣拉桿松動是由材料、工藝、結構以及使用時間引起，必須采取相應的預防措施確保設備安全可靠運行，才能保證電力系統安全穩定運行。