罐式斷路器典型故障分析及處理措施

李 強(qiáng)，池威威，孟延輝，劉曉飛，魏志杰

(河北省電力公司檢修分公司，石家莊 050070)

罐式斷路器因其具有重心低、抗震性能好、安裝簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，在220 kV及以上電壓等級(jí)的變電站得到普遍采用[1]。變電站常用罐式斷路器的型號(hào)有LW13-550型、LW24-252型、LW56-550/Y 型、LW12-220型和LW12-500型。罐式斷路器由于獨(dú)特的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，容易出現(xiàn)以下四類故障。

1 斷路器瓷套炸裂

近年來(lái)，罐式斷路器套管在運(yùn)行中炸裂的情況時(shí)有發(fā)生。2010年 4月15日，某500 kV變電站發(fā)生500 kV斷路器W相母線側(cè)瓷套在運(yùn)行中爆炸的故障。

1.1 原因分析

觀察瓷套炸裂現(xiàn)場(chǎng)采集的碎片(見(jiàn)圖1)，發(fā)現(xiàn)瓷套膠裝區(qū)域存在粘合不良等缺陷。存在缺陷的套管長(zhǎng)期運(yùn)行，在集中應(yīng)力的作用下瓷套下部?jī)?nèi)壁會(huì)產(chǎn)生裂紋，在交變溫度等外力作用下，達(dá)到一定承受極限就會(huì)炸裂的瓷套容易出現(xiàn)炸裂情況。通過(guò)對(duì)全國(guó)斷路器瓷套炸裂原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)瓷套炸裂故障的主要原因?yàn)榇商踪|(zhì)量差和安裝工藝不佳。

1.2 處理措施

瓷套炸裂的主要原因是瓷套質(zhì)量差和安裝工藝不佳，因此對(duì)發(fā)生過(guò)炸裂情況的同批次套管和被認(rèn)定有“家族性”缺陷的套管，需要盡快予以更換。同時(shí)，在罐式斷路器日常檢修過(guò)程中應(yīng)注意檢查套管根部膠裝部位，發(fā)現(xiàn)防水層受損時(shí)，應(yīng)立即處理。

圖1 瓷套膠裝區(qū)域粘合不良

2 斷路器內(nèi)部放電

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)在全國(guó)范圍內(nèi)發(fā)生了16起LW13-550型斷路器內(nèi)部放電故障。2000年1月至2007年8月，某電力公司檢修分公司負(fù)責(zé)維護(hù)的LW13-550型斷路器共發(fā)生7起內(nèi)部放電故障。

2.1 原因分析

通過(guò)對(duì)放電斷路器進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)罐體內(nèi)部均存在異物。異物來(lái)源大致分為3類：人為殘留的異物；意外飛入的自然物；運(yùn)行中產(chǎn)生的金屬顆粒。人為殘留的異物(如擦拭紙、吸附劑)主要是斷路器在安裝過(guò)程中工藝控制不嚴(yán)，將外界異物帶入斷路器本體內(nèi)，密封時(shí)未取出；意外飛入的自然物主要是一些小飛蟲，這類異物是安裝過(guò)程中未采取遮蔽措施造成的，當(dāng)小飛蟲誤入罐體內(nèi)部后，作業(yè)人員清理時(shí)不易發(fā)現(xiàn)，最后將其密封在罐體內(nèi)部；運(yùn)行中產(chǎn)生的金屬顆粒，大部分為細(xì)小顆粒，最大直徑接近5 mm，這類異物是由于斷路器制造工藝控制不嚴(yán)，在運(yùn)行中由于摩擦、碰撞等原因產(chǎn)生金屬微?；驊?yīng)清理的螺絲孔未清理干凈，在斷路器分合閘操作振動(dòng)下金屬微粒脫落。

為了驗(yàn)證異物是否是導(dǎo)致放電的原因，對(duì)LW13-550型斷路器進(jìn)行模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，當(dāng)試驗(yàn)電壓為1 675 kV，斷路器內(nèi)部存在金屬微粒(模擬顆粒5×1 mm)的情況下，無(wú)金屬微粒處最大電場(chǎng)強(qiáng)度為25.5 kV/mm，金屬微粒表面的電場(chǎng)強(qiáng)度為29 kV/mm，說(shuō)明斷路器內(nèi)部存在金屬微粒時(shí)將會(huì)大大降低內(nèi)部絕緣強(qiáng)度。由于罐式斷路器內(nèi)部絕緣采用稍不均勻電場(chǎng)結(jié)構(gòu)，當(dāng)有異物存在時(shí)，會(huì)改變產(chǎn)品內(nèi)部的電場(chǎng)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致內(nèi)部放電故障的發(fā)生。

2.2 處理措施

針對(duì)罐式斷路器內(nèi)部放電產(chǎn)生的原因，應(yīng)徹底清除罐體內(nèi)異物并保證運(yùn)行中不再產(chǎn)生，同時(shí)增加設(shè)備絕緣裕度，具體措施如下：

a. 增加粒子捕捉器。在斷路器本體底部加裝粒子捕捉器后，斷路器罐體內(nèi)的金屬微粒等異物在運(yùn)動(dòng)至靜側(cè)屏蔽罩附近時(shí)就會(huì)落入粒子捕捉器中，由于粒子捕捉裝置的屏蔽作用，使金屬粒子因失去電場(chǎng)的作用靜止在捕捉裝置中，減少粒子對(duì)內(nèi)部電場(chǎng)的影響。

b. 將LW13-550型老式結(jié)構(gòu)罐體及滅弧室全部更換為新型LW13A-550型罐體和滅弧室，對(duì)未更換部位徹底清掃。與舊罐體相比，新型LW13A-550型罐體直徑由原來(lái)的900 mm增加至1 000 mm，絕緣裕度得到大大提升。

c. 對(duì)存在絕緣拉桿問(wèn)題的設(shè)備返廠處理。

d. 對(duì)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)、設(shè)備部件老化嚴(yán)重的LW12-220型斷路器進(jìn)行整體更換。

e. 在產(chǎn)品技術(shù)條件滿足的情況下，提升SF6充氣壓力。試驗(yàn)證明，LW13-550型斷路器SF6充氣壓力由0.5 MPa提高至0.6 MPa時(shí)，絕緣裕度至少提高11%。

f. 對(duì)LW12-550型斷路器進(jìn)行滅弧室大修，確保內(nèi)部清潔。重點(diǎn)檢查處理靜觸頭的鍍銀層和導(dǎo)向管表面漆層狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)起皮脫落或其他異?，F(xiàn)象，立即更換新零件。

3 斷路器操作機(jī)構(gòu)故障

罐式斷路器操作機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障時(shí)，最明顯的表現(xiàn)是偷跳、拒分、拒合、合閘跳躍以及分合閘不到位等情況。2005年3月，某500 kV變電站1臺(tái)LW12-220型斷路器連續(xù)出現(xiàn)3起偷跳故障。

3.1 原因分析

某電力公司檢修分公司罐式斷路器發(fā)生的操作機(jī)構(gòu)故障情況，見(jiàn)表1。

表1 操作機(jī)構(gòu)故障統(tǒng)計(jì)

序號(hào)故障類型故障簡(jiǎn)介故障1拒分操作機(jī)構(gòu)液壓油劣化,導(dǎo)致閥體動(dòng)作不暢所致故障2拒分操作機(jī)構(gòu)液壓油劣化,導(dǎo)致閥體動(dòng)作不暢所致故障3拒分操作機(jī)構(gòu)液壓油劣化,導(dǎo)致閥體動(dòng)作不暢所致故障4合后即分撞桿變形,造成分閘一級(jí)閥不能復(fù)位,斷路器連跳故障5連續(xù)跳閘合閘摯子有卡澀,造成合閘繞組燒損故障6斷路器拒合機(jī)構(gòu)合閘保持摯子和扣板的軸不靈活,造成該相斷路器拒合

從表1可以看出，此類故障主要是分合閘摯子損壞和液壓油劣化造成的。CT20-III操動(dòng)機(jī)構(gòu)由于保持摯子處理工藝不當(dāng)，脆性增加，在多次沖擊后容易發(fā)生脆斷，從而導(dǎo)致分合閘故障；液壓油的劣化會(huì)導(dǎo)致液壓系統(tǒng)工作環(huán)境變差，從而出現(xiàn)各種異常。

3.2 處理措施

a. 對(duì)LW12-550型液壓操作機(jī)構(gòu)全部進(jìn)行大修一次，必要時(shí)開(kāi)蓋檢修。

b. 對(duì)配有CT20-III彈簧機(jī)構(gòu)的罐式斷路器應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)視，對(duì)于問(wèn)題批次的CT20-III彈簧機(jī)構(gòu)進(jìn)行整體更換。

4 斷路器罐體漏氣

罐式斷路器因其注氣量多，內(nèi)部壓力大，在各密封面容易出現(xiàn)SF6氣體泄漏情況。特別是LW56-550/Y 型斷路器最容易出現(xiàn)漏氣情況。某電力公司檢修分公司共安裝了6臺(tái)該型號(hào)斷路器，其中3臺(tái)就出現(xiàn)了漏氣情況。

4.1 原因分析

通過(guò)對(duì)漏氣LW56-550/Y 型斷路器的密封面進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)密封面內(nèi)已進(jìn)水受潮，腐蝕的金屬部分所產(chǎn)生的金屬氧化物破壞了密封墊的密封效果，見(jiàn)圖2。分析該問(wèn)題的原因?yàn)?，設(shè)備生產(chǎn)廠員工在廠內(nèi)組裝及現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，未嚴(yán)格執(zhí)行廠方作業(yè)指導(dǎo)書要求，對(duì)接密封面防腐硅脂未注入或注入不合格。

4.2 處理措施

a. 要求設(shè)備生產(chǎn)廠派遣技術(shù)人員使用注入泵對(duì)LW56-550/Y 型斷路器的所有密封面加注密封硅脂，確保硅脂加注均勻。

b. 當(dāng)機(jī)構(gòu)側(cè)密封面漏氣時(shí)，對(duì)LW56-550/Y斷路器進(jìn)行返廠處理。

圖2 被腐蝕的密封面

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，由于罐式斷路器運(yùn)行年限逐漸增加，設(shè)備零部件老化日趨嚴(yán)重，而且國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家的控制工藝及設(shè)計(jì)水平有待提高。在日常檢修中，應(yīng)加強(qiáng)套管防水膠和彈簧機(jī)構(gòu)分合閘摯子間隙及外觀的檢查，在有條件的情況下，應(yīng)采用紅外檢漏技術(shù)加強(qiáng)SF6斷路器的日常檢漏，同時(shí)，斷路器現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中應(yīng)特別注意做好防塵措施，保證罐式斷路器的安全可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黎 斌.SF6高壓電器設(shè)計(jì)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.