500 kV斷路器滅弧室碎裂原因分析及預(yù)防措施

李相棟，李猷民，張 偉，王寶利

(國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250118)

1 事件經(jīng)過(guò)

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(dòng)投入后，巡視人員發(fā)現(xiàn)C相斷路器滅弧室碎裂。對(duì)5612斷路器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)動(dòng)靜觸頭之間未直接接觸，母線側(cè)滅弧室動(dòng)觸頭傳動(dòng)連桿斷裂，如圖1所示。斷路器(型號(hào)LW15-550/Y4000-63)為常規(guī)瓷柱式高壓SF6斷路器，于2010-10-28投運(yùn)，其負(fù)載為并聯(lián)電容器，負(fù)載容性電流200 A。2015年斷路器大修后例行試驗(yàn)結(jié)果正常，大修至今動(dòng)作339次。

圖1 傳動(dòng)連桿部位斷裂情況

2 傳動(dòng)連桿材料試驗(yàn)分析

發(fā)生斷裂的傳動(dòng)連桿材質(zhì)為球墨鑄鐵，牌號(hào)QT500-7。對(duì)斷裂傳動(dòng)連桿進(jìn)行各項(xiàng)材料檢測(cè)和性能試驗(yàn)。

(1) 宏觀檢驗(yàn)。利用光學(xué)顯微鏡對(duì)傳動(dòng)連桿斷裂處形貌進(jìn)行宏觀分析，發(fā)現(xiàn)內(nèi)、外側(cè)傳動(dòng)連桿斷口較粗糙，呈脆性斷裂形貌；且內(nèi)側(cè)傳動(dòng)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(xué)顯微鏡下觀察球磨鑄鐵金相組織(見(jiàn)圖2)，完成顯微組織的球化評(píng)級(jí)。取樣中石墨大部分呈球狀和團(tuán)狀，球化率為90 %，金相組織為鐵素體、石墨和少量珠光體。根據(jù)GB/T 1348—2009《球墨鑄鐵件》標(biāo)準(zhǔn)，石墨以球狀為主，球化級(jí)別不低于GB/T 9441—2009《球墨鑄鐵金相檢驗(yàn)》規(guī)定的球化級(jí)別：4級(jí)。所檢試樣球化級(jí)別均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖2 光學(xué)顯微鏡下的球磨鑄鐵金相組織

(3) 力學(xué)性能試驗(yàn)。對(duì)傳動(dòng)連桿斷口附近取樣進(jìn)行硬度檢測(cè)，布氏硬度平均值為142.4 HB。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1348—2009，QT500-7布氏硬度參考范圍為：170—230 HB，可見(jiàn)傳動(dòng)連桿硬度值低于標(biāo)準(zhǔn)參考范圍。

對(duì)傳動(dòng)連桿取樣進(jìn)行機(jī)械性能拉伸檢測(cè)，抗拉強(qiáng)度分別為422 MPa，424 MPa；屈服強(qiáng)度為327 MPa，316 MPa；伸長(zhǎng)率為7.0 %，8.0 %。參考機(jī)械性能拉伸檢測(cè)，抗拉強(qiáng)度低于單鑄試件標(biāo)準(zhǔn)要求下限，屈服強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 滅弧室碎裂原因分析

由于對(duì)鑄造工藝的管控不嚴(yán)，斷路器傳動(dòng)連桿內(nèi)部有1處有明顯氣泡及大量氣孔，其硬度、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度均達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求；在斷路器多次分合作用下，傳動(dòng)連桿發(fā)生斷裂，導(dǎo)致斷路器合閘不到位，動(dòng)靜觸頭之間持續(xù)電弧導(dǎo)通；受電弧高溫影響，滅弧室內(nèi)SF6氣體壓力持續(xù)增大，造成滅弧室碎裂。

4 運(yùn)行維護(hù)注意事項(xiàng)及預(yù)防措施

(1) 在直流功率升降過(guò)程中，嚴(yán)禁任何人員在交流濾波器現(xiàn)場(chǎng)觀察設(shè)備狀態(tài)或開(kāi)展其他工作。

(2) 進(jìn)行手動(dòng)操作交流濾波器時(shí)，如需要人員現(xiàn)場(chǎng)觀察狀態(tài)，應(yīng)在濾波器斷路器操作完成后近距離觀察，嚴(yán)禁在操作過(guò)程中靠近設(shè)備。

(3) 交流濾波器檢修或者試驗(yàn)過(guò)程中，需要對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行分合時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視，注意安全距離，防止設(shè)備發(fā)生意外而對(duì)人身安全造成傷害。

(4) 安排計(jì)劃解體同批次、同型號(hào)斷路器滅弧室，檢查傳動(dòng)連桿情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患。

(5) 將此事件反饋制造廠，要求其嚴(yán)控鑄造工藝，確保斷路器制造質(zhì)量合格。