組合電器母線筒支撐斷裂原因分析及處理

李偉 曹陽 邴冰天

摘 要：某新建220 kV變電站在投運(yùn)2個(gè)月后，運(yùn)行人員在巡視中發(fā)現(xiàn)220 kV母線筒發(fā)生斷裂事故。該文針對(duì)該起母線筒斷裂事故原因進(jìn)行分析，經(jīng)過廠家、專家、檢修、運(yùn)行人員一個(gè)多月的充分討論、研究、準(zhǔn)備，根據(jù)母線筒產(chǎn)生斷裂的因素制定相應(yīng)的對(duì)策，并按照制定的整改意見進(jìn)行整改。設(shè)備改造后，通過運(yùn)行人員一年的測(cè)量數(shù)據(jù)表明，母線筒位移基本忽略不計(jì)，說明針對(duì)斷裂因素制定的措施非常有效，避免了母線事故的發(fā)生。該文對(duì)有組合電器母線筒位移、支撐斷裂危險(xiǎn)的單位有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：組合電器 母線筒 支撐斷裂 分析 處理

中圖分類號(hào)：TM564.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）02（c）-0085-02

六氟化硫全封閉組合電器（簡(jiǎn)稱GIS）用SF6作為絕緣和滅弧介質(zhì)，把斷路器、電流互感器、電壓互感器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、母線、氧化鋅避雷器等裝置組裝在封閉的金屬殼體內(nèi)，具有集成度高、占地面積小、故障率低等優(yōu)點(diǎn)。但在運(yùn)行中，筆者也發(fā)現(xiàn)因廠家設(shè)計(jì)、制造等原因，造成設(shè)備隱患的情況。

1 220 kV母線筒故障原因分析

該站220 kV組合電器出線間隔設(shè)備采用的是三相分箱的結(jié)構(gòu)，母線采用三相共箱母線，也就是三相都布置在同一個(gè)母線筒中。分析此次支撐斷裂原因如下：（1）組合電器處于室外，母線筒熱脹是造成此次故障的直接原因。（2）母線筒膨脹補(bǔ)償器（波紋管）設(shè)計(jì)不合理。該站220 kV單條母線長(zhǎng)49 m，共有10個(gè)回路間隔，母線中間僅設(shè)計(jì)3個(gè)膨脹補(bǔ)償器。通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，膨脹補(bǔ)償器間最近距離9 m，最遠(yuǎn)距離11 m。（3）母線筒膨脹補(bǔ)償器螺栓各側(cè)螺絲擰死，相當(dāng)于一段母線筒，造成波紋管起不到調(diào)節(jié)作用。（4）母線筒支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。（5）支撐母線筒底座的工字鋼間全部焊接，相當(dāng)于一個(gè)49 m長(zhǎng)的工字鋼，工字鋼起不到熱脹冷縮的調(diào)節(jié)作用。由于鋼的膨脹系數(shù)大于鋁的膨脹系數(shù)，甚至成為此次故障的幫兇。（6）母線筒U型支撐內(nèi)部沒有支撐結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致支撐壁隨著應(yīng)力方向傾斜。（7）雙母線平行布置，且間隔距離大，導(dǎo)致母線吸收太陽光熱量的面積增大。

2 66 kV母線筒無變形原因分析

66 kV組合電器設(shè)備采用的是三相共箱的結(jié)構(gòu)，無單獨(dú)的母線氣室，母線氣室與各間隔的母線刀閘共用一個(gè)氣室。與220 kV組合電器相比，具有以下優(yōu)勢(shì)。

（1）出線緊湊，兩個(gè)間隔距離近，間隔間都設(shè)有母線膨脹補(bǔ)償器，能有效地吸收熱脹帶來的應(yīng)力。通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，膨脹補(bǔ)償器間最近距離1.2 m，最遠(yuǎn)距離3.5 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于220 kV膨脹補(bǔ)償器間的距離。（2）雙母線采用上下層布置。由于出線部分從南側(cè)引出，已經(jīng)擋住一部分太陽直射，上層母線又擋住部分陽光，下層母線吸收的太陽熱量有限。（3）由于66 kV母線比220 kV母線筒輕得多，工字鋼底座僅長(zhǎng)50 cm，工字鋼與母線筒間采用粗螺紋鋼調(diào)節(jié)。螺紋鋼可以隨著熱脹冷縮的應(yīng)力輕微擺動(dòng)，去除部分動(dòng)能。（4）膨脹補(bǔ)償器螺栓外部擰死，內(nèi)部留有調(diào)節(jié)縫隙，可以有效調(diào)節(jié)溫度升高帶來的熱脹應(yīng)力。

3 制定對(duì)策

分析220 kV母線筒支撐斷裂的原因，可以分為以下5方面因素，根據(jù)這些因素分別制定相應(yīng)的對(duì)策。

（1）產(chǎn)品質(zhì)量因素：產(chǎn)品質(zhì)量不良，斷裂處均為支撐與母線筒焊接根部。說明設(shè)備制造時(shí)焊接質(zhì)量存在問題。對(duì)策：為防止熱脹應(yīng)力造成支撐斷裂對(duì)母線筒產(chǎn)生影響，建議廠家更換合格的母線筒。新母線筒出廠前做好焊接檢查，要求各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格。

（2）設(shè)計(jì)因素：①母線膨脹補(bǔ)償器設(shè)計(jì)過少，不能補(bǔ)償熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力。對(duì)策：對(duì)母線筒膨脹補(bǔ)償器位置重新設(shè)計(jì)，每條母線增加3個(gè)。②U型支撐沒有應(yīng)對(duì)熱脹冷縮應(yīng)力的措施。對(duì)策：U型支撐內(nèi)部?jī)蓚?cè)各焊接兩個(gè)三角形支撐，以應(yīng)對(duì)熱脹冷縮應(yīng)力。③U型支撐底部與工字鋼間采用螺栓連接，支撐圓孔沒有裕度。對(duì)策：支撐底部根據(jù)母線方向擴(kuò)展為長(zhǎng)方形圓角孔，保證熱脹冷縮時(shí)，支撐可以在工字鋼上輕度位移，減小對(duì)支撐的應(yīng)力。

（3）施工因素：①膨脹補(bǔ)償器各側(cè)螺絲擰緊，補(bǔ)償器失去作用。對(duì)策：重新調(diào)整螺絲，外側(cè)定位螺絲緊固，并加裝碟簧，內(nèi)側(cè)限位螺絲與隔板間留有3～5 mm縫隙。②安裝人員對(duì)材料力學(xué)不清，母線筒底座的工字鋼間全部焊接，相當(dāng)于一個(gè)工字鋼。對(duì)策：將工字鋼斷開，形成多個(gè)工字鋼段。③裝配時(shí)，安裝人員責(zé)任心不強(qiáng)，沒有按照施工工藝執(zhí)行。對(duì)策：要求廠家派出素質(zhì)強(qiáng)、業(yè)務(wù)精的售后服務(wù)人員到現(xiàn)場(chǎng)安裝、檢修、維護(hù)。

（4）驗(yàn)收因素：驗(yàn)收人員業(yè)務(wù)素質(zhì)不高，責(zé)任心不強(qiáng)，沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)膨脹補(bǔ)償器各側(cè)螺絲緊固的隱患。對(duì)策：加強(qiáng)運(yùn)行人員對(duì)組合電器設(shè)備驗(yàn)收知識(shí)培訓(xùn)，主要是施工工藝、運(yùn)行要求等。

（5）運(yùn)行人員對(duì)設(shè)備隱患重視程度不夠：運(yùn)行人員在設(shè)備運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)了母線位移產(chǎn)生的清脆的響聲，也進(jìn)行過查找，但沒有找到原因，沒有對(duì)隱患進(jìn)行深入的排查，造成母線支撐斷裂。對(duì)策：加強(qiáng)運(yùn)行人員責(zé)任心培養(yǎng)和業(yè)務(wù)知識(shí)的培訓(xùn)。

4 處理情況

經(jīng)過組合電器專家前期充分地討論、論證、計(jì)算和精心準(zhǔn)備，2013年11月，研究人員對(duì)該站220 kV兩條母線輪流停電，全部處理各種隱患，主要工作就是：對(duì)支撐斷裂的母線筒進(jìn)行更換；每條母線新增3個(gè)膨脹補(bǔ)償器；重新調(diào)節(jié)膨脹補(bǔ)償器定位螺絲，并加裝碟簧；U型支撐內(nèi)部焊接4個(gè)三角形支撐；U型支撐底部圓孔改成長(zhǎng)方形圓角孔；工字鋼分段。

全部改造完成后，運(yùn)行人員根據(jù)施工驗(yàn)收規(guī)范，認(rèn)真地進(jìn)行了驗(yàn)收，沒有發(fā)現(xiàn)遺留隱患。

從2013年12月開始，至2014年11月份止，運(yùn)行人員每月對(duì)兩條母線兩端各找一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行位移數(shù)據(jù)測(cè)量，數(shù)據(jù)如表1。

通過表1數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，去除人為測(cè)量誤差、讀數(shù)誤差等因素，觀測(cè)點(diǎn)位置位移基本為0，也就是說該治理取得了很好的效果，運(yùn)行人員再也聽不到熱脹應(yīng)力導(dǎo)致金屬發(fā)出的清脆的“啪、啪”聲。

5 幾點(diǎn)建議

（1）建議廠家設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分考慮戶外組合電器在陽光下暴曬產(chǎn)生的熱應(yīng)力，合理配置膨脹補(bǔ)償器位置和個(gè)數(shù)。（2）建議廠家改進(jìn)220 kV組合電器母線支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使母線筒支撐能夠吸收熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力。（3）安裝人員應(yīng)嚴(yán)格遵守設(shè)備施工驗(yàn)收規(guī)范和制造廠規(guī)定，母線伸縮節(jié)按要求調(diào)整伸縮縫。（4）驗(yàn)收人員應(yīng)熟悉設(shè)備驗(yàn)收規(guī)范各項(xiàng)要求，嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收。

6 結(jié)語

通過對(duì)某220 kV變電站組合電器U型支撐斷裂原因的分析，找出了設(shè)備故障原因，并針對(duì)原因制定相應(yīng)的措施。設(shè)備改造后，通過運(yùn)行人員記錄一年的位移數(shù)據(jù)，表明隱患已經(jīng)得到徹底的治理，確保了設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

筆者將220 kV母線筒斷裂原因及采取的措施總結(jié)出來，供有同樣設(shè)備隱患的單位做參考。

參考資料

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[3] 周慶祥.750 kV和330 kVGIS母線筒支撐存在問題分析[M].電力安全技術(shù)，2014，16（3）：35-37.