基于LW36型斷路器回路電阻偏大的分析

梅敏 陳慧昭

摘要：高壓斷路器主要用于開(kāi)關(guān)、關(guān)合、承受運(yùn)行線路的正常電流，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)承載、開(kāi)斷異常電流的設(shè)備^[1]，因此斷路器必須具有良好的接觸性^[2]。若高壓斷路器的回路電阻偏大，其動(dòng)靜觸頭的接觸性將降低^[3]，在設(shè)備頻繁分合的情況下，其動(dòng)靜觸頭的滅弧能力將大大下降，尤其在開(kāi)關(guān)用于無(wú)功設(shè)備間隔時(shí)其滅弧能力下降將使開(kāi)關(guān)內(nèi)部壓力驟增，嚴(yán)重時(shí)將使開(kāi)關(guān)爆炸。

關(guān)鍵詞：高壓斷路器;回路電阻;解體

前言

500kV某變電站35kV 21C電容器組322開(kāi)關(guān)是型號(hào)LW36-72.5W/T4000-50，于2017年12月28日投入運(yùn)行。2018年4月18日，322開(kāi)關(guān)預(yù)試檢查時(shí)，首次發(fā)現(xiàn)322開(kāi)關(guān)A相回路電阻明顯增大;2018年9月11日，322開(kāi)關(guān)預(yù)試檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)322開(kāi)關(guān)A、C相回路電阻已超過(guò)廠家標(biāo)準(zhǔn)值（標(biāo)準(zhǔn)≤40μΩ）;2018年12月7日，322開(kāi)關(guān)預(yù)試檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)322開(kāi)關(guān)A、C相回路電阻繼續(xù)明顯增大，其中A相回路電阻值已達(dá)72.9μΩ（標(biāo)準(zhǔn)≤40μΩ）;322開(kāi)關(guān)詳細(xì)跟蹤數(shù)據(jù)如下：

1、現(xiàn)場(chǎng)檢查情況：

對(duì)322開(kāi)關(guān)進(jìn)行了停電后更換前的檢查、檢修工作;具體情況如下：

（1）停電后，利用水平尺對(duì)322開(kāi)關(guān)橫梁水平度、構(gòu)架垂直度、極柱垂直度分別進(jìn)行了檢查，檢查高度差均少于1mm，符合廠家技術(shù)不大于2mm要求。

（2）對(duì)322開(kāi)關(guān)三相極柱的固定螺栓（M16）進(jìn)行用按廠家技術(shù)要求力矩200N.M檢查，未發(fā)現(xiàn)有螺絲松動(dòng)和力矩不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象。

（3）對(duì)322開(kāi)關(guān)的機(jī)構(gòu)、機(jī)構(gòu)內(nèi)各元件進(jìn)行檢查，無(wú)異常情況;對(duì)機(jī)構(gòu)箱外的輸出軸、傳動(dòng)軸、拐臂等進(jìn)行檢查，無(wú)彎曲變形銹蝕等異常情況;且分閘到位時(shí)，其分閘定位釘?shù)轿徽?322開(kāi)關(guān)分合閘其極柱底部的拐臂動(dòng)作距離經(jīng)測(cè)量滿足廠家要求;

（4）開(kāi)關(guān)構(gòu)架、極柱外觀檢查無(wú)破損、銹蝕情況，一次接線掌無(wú)異常情況;

（5）對(duì)322開(kāi)關(guān)進(jìn)行了回路電阻測(cè)試，測(cè)試發(fā)現(xiàn)三相回路電阻值分別為：A相72.9μΩ，B相33μΩ，C相44.6μΩ，其中A、C兩相回路電阻值超過(guò)廠家標(biāo)準(zhǔn)少于40μΩ要求。

（6）對(duì)322開(kāi)關(guān)三相極柱進(jìn)行更換，并進(jìn)行了充氣，經(jīng)檢查驗(yàn)收及交接試驗(yàn)合格。

2、開(kāi)關(guān)解體情況：

為了對(duì)開(kāi)關(guān)回路電阻超標(biāo)進(jìn)行檢查分析，對(duì)322開(kāi)關(guān)三相極柱進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)解體。經(jīng)討論后確定，解體順序依次為B相-C相-A相。

解體情況及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：

（1）B相開(kāi)關(guān)解體情況：上下瓷瓶間法蘭固定螺栓處有藏水，螺絲孔位存在藏水銹蝕的情況;弧觸頭有燒蝕情況;下引出一次導(dǎo)電法蘭盤(pán)3顆固定螺栓（M10）均松動(dòng)（組裝時(shí)，用37NM進(jìn)行堅(jiān)固，再進(jìn)行收緊外法蘭時(shí)會(huì)檢動(dòng)，在其他A＼C相時(shí)沒(méi)明顯檢動(dòng)現(xiàn)象），部份位置出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象;其他無(wú)明顯異常。

（2）C相開(kāi)關(guān)解體情況：上下瓷瓶間法蘭固定螺栓處有藏水，螺栓已腐蝕;靜觸頭內(nèi)壁與噴嘴上的導(dǎo)向環(huán)接觸處有輕微刮痕;弧觸頭有燒蝕情況;其他無(wú)明顯異常。

（3）A相開(kāi)關(guān)解體情況：弧觸頭燒蝕情況最為嚴(yán)重;靜觸頭內(nèi)壁與噴嘴上的導(dǎo)向環(huán)接觸處有輕微刮痕;其他無(wú)明顯異常。

（4）解體后對(duì)三相的各導(dǎo)電部分分別進(jìn)行了回路電阻測(cè)試，其測(cè)試分段情況如下：

從以上數(shù)據(jù)對(duì)比分析，回廠測(cè)量接觸電阻值除接線座與靜觸頭座之間的接觸電阻與佛山檢修基地現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值一致以外，其余部位相比普遍偏大。原因認(rèn)為是該產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)拆解組裝后，沒(méi)有對(duì)相柱進(jìn)行抽真空處理，導(dǎo)致零件表面氧化，接觸電阻變大，為了論證此結(jié)論，將活塞、氣缸和彈簧觸頭表面進(jìn)行了打磨及清潔處理，重新復(fù)測(cè)活塞與大氣缸之間的接觸電阻，A 相數(shù)據(jù)由原先的55.7μΩ變?yōu)?.4μΩ，B 相數(shù)據(jù)由原先的7.5μΩ變?yōu)?.1μΩ，C 相數(shù)據(jù)由原先的42.3μΩ變?yōu)?.7μΩ，由此可見(jiàn)，活塞與下支撐座之間的接觸電阻變大是由于零件表面氧化所致，同理，活塞與觸頭座之間的接觸電阻變大也是由于活塞和觸指氧化所致。

從表3中數(shù)據(jù)分析，回廠測(cè)量接線座與靜觸頭座接觸電阻與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值基本一致，活塞與下支撐座和觸頭座之間的電阻變大是由于零件暴露在空氣中優(yōu)化所致，而氣缸與下支撐座之間連接處回廠測(cè)量結(jié)果也比現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值偏大，此處電阻變大初步原因分析如下：

該處連接結(jié)構(gòu)是面靜接觸，即使暴露在空氣中，只要接觸可靠就不會(huì)發(fā)生電阻回升現(xiàn)象，而該零件從佛山檢修基地返廠后電阻就發(fā)生了回升，可能是該接觸面的接觸壓力不足，導(dǎo)致有空氣進(jìn)入，表面氧化，發(fā)生電阻回升。

（5）解體后對(duì)三相的滑動(dòng)觸頭進(jìn)行鍍銀層厚度測(cè)試

活塞鍍銀層厚度的測(cè)量，對(duì)產(chǎn)品處于分、合閘位置時(shí)活塞和彈簧觸頭、主觸頭的實(shí)際接觸區(qū)鍍銀厚度進(jìn)行了測(cè)量（活塞上下兩端），各測(cè)量三個(gè)點(diǎn)（圖 2），結(jié)果滿足圖樣要求。而活塞中部區(qū)域，測(cè)量結(jié)果相對(duì)于兩端鍍銀厚度薄一些，但也滿足圖樣要求（該活塞中間部分只是在產(chǎn)品分合閘過(guò)程中與彈簧觸頭接觸，不會(huì)影響產(chǎn)品在合閘位置時(shí)的回路電阻。由于該零件在鍍銀過(guò)程中，兩端會(huì)發(fā)生尖端放電，鍍銀層會(huì)比中間要厚一些，因此該氣缸中間鍍銀層厚度相對(duì)于兩端要薄一些。

測(cè)得各相滑動(dòng)觸頭鍍銀層的厚度如下表：

從金屬測(cè)試結(jié)果可以看出，其滑動(dòng)觸頭的鍍銀層厚度均小于如高廠家給出的滑動(dòng)觸頭鍍銀層厚度40μm。

（6）對(duì)三相的弧觸頭進(jìn)行金屬測(cè)試：

從金屬測(cè)試結(jié)果可以看出，其弧觸頭的鎢含量為68.58%，與如高廠家給出的弧觸頭材料CuW70一致。

（7）復(fù)測(cè)零件尺寸

按照處理方案對(duì)拆解的部分零部件尺寸進(jìn)行復(fù)檢，除部分零件無(wú)法拆解外，能檢測(cè)的尺寸均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，說(shuō)明零件尺寸無(wú)異常。

3、原因分析：

通過(guò)上述斷路器拆解分析，此次電阻回升異常原因基本可以判定是氣缸和下支撐件連接處電阻回升所致，而該處電阻回升的異常原因分析如下：該處連接結(jié)構(gòu)是由6個(gè)M10×30的螺栓連接，螺栓擰入深度約13.5mm，按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)要求，鋁件通過(guò)螺栓連接，其擰入深度要求是螺栓直徑的2倍左右，現(xiàn)產(chǎn)品擰入深度相對(duì)偏小，該處產(chǎn)品裝配時(shí)力矩要求為37±2N，在擰入深度不足的情況下，打力矩后單圈鋁螺紋所受的力將會(huì)變大，在產(chǎn)品分合閘操作時(shí)會(huì)受到反復(fù)的拉壓交變應(yīng)力作用，長(zhǎng)期操作之后會(huì)使該螺紋連接處螺牙發(fā)生應(yīng)力松弛，導(dǎo)致氣缸和下支撐件之間的接觸壓力不夠，從而接觸電阻發(fā)生回升現(xiàn)象，這是主要原因。

從拆解的情況看，該無(wú)功補(bǔ)償斷路器開(kāi)斷次數(shù)較多，存在一定的粉塵，在開(kāi)斷過(guò)程中氣體和少量的水分發(fā)生反應(yīng)，使零件接觸面氧化對(duì)其電阻也有一定的影響，根據(jù)解體結(jié)果，產(chǎn)品滑動(dòng)接觸電阻不是很高，所以這不是電阻回升的主要因素。另A、C相靜觸頭的內(nèi)壁與導(dǎo)向環(huán)接觸處有摩擦的痕跡，可能在極柱內(nèi)部存在導(dǎo)電部分不同心的情況，導(dǎo)致回路電阻增大。

高壓斷路器必須具有良好的接觸性^[2]，若高壓斷路器的回路電阻偏大，其動(dòng)靜觸頭的接觸性將降低^[3]，在設(shè)備頻繁分合的情況下，其動(dòng)靜觸頭的滅弧能力將大大下降，尤其在開(kāi)關(guān)用于無(wú)功設(shè)備間隔時(shí)其滅弧能力下降將使開(kāi)關(guān)內(nèi)部壓力驟增，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成開(kāi)關(guān)爆炸。本文針對(duì)某變電站內(nèi)電容器間隔開(kāi)關(guān)回路電阻增大的情況進(jìn)行了完整的闡述和分析，確認(rèn)了LW36型斷路器的回路電阻增大的原因。

參考文獻(xiàn)

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