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LW25-126型SF6断路器绝缘拉杆接头断裂原因分析与措施 |
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| LW25-126型SF6断路器绝缘拉杆接头断裂原因分析与措施 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 11:34:39  |
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SF6断路器从压气式发展到自能式是灭弧技术的创新和进步。自能式SF6断路器目前已成为110KV电网中的主流开关设备，其最具代表性的产品是LW25-126型SF6断路器。LW25-126型SF6断路器为瓷柱式结构，每相为单柱单断口，呈I型布置。断路器采用自能式灭弧结构，分闸操作时，利用电弧自身能量在灭弧室内建立局部高压力形成气吹，熄灭电弧，无需操动机构提供很大的能量，故配用低操作功的弹簧操动机构。经过近几年城乡电网改造和建设，LW25-126型SF6断路器在电力系统中得到了广泛的应用。
针对2004年4月和9月，三门峡市电业局在变电型SF6断路器绝缘拉杆接头断裂故障，本文较详细地阐述了这2起设备故障的发现过程、解体检查和原因分析，希望引起设备制造厂家和运行单位的重视，以避免同类设备故障的再次发生。
1故障发现经过
1.1 110KV金原变电站紫金2断路器
2004年4月27日，110KV金原变电站紫金2断路器进行大修和高压试验。运行人员断开紫金2断路器后， 在拉开紫金2线路侧隔离开关时，A相隔离开关两触头间出现不大的弧光。高压试验人员在试验中发现，紫金2断路器在分闸状态下用2500V摇表对断口绝缘电阻进行摇测时，其值为7MΩ；A相断路器直流电阻为337μΩ，而B、C两相断路器正常。对断路器进行分合闸操作，A相断路器操作杆动作正常，看不出任何问题，在分闸状态下重新测试直流电阻，数值不变。联想到拉开紫金2线路侧隔离开关时，A相隔离开关两触头间曾出现过弧光的现象，技术人员初步认定是紫金2断路器A相动静触头未彻底分开。便将紫金2断路器A相支柱瓷套和灭弧室整体拆除，运回厂家解体检查和处理，结果发现绝缘拉杆上端金属接头销孔断裂，操作杆无法带动动触头上下运动。经紧急抢修，紫金2断路器于2004年4月29日恢复运行。
1.2 110KV斜桥变电站II桥岭1断路器
2004年9月19日，对110KV斜桥变电站II桥岭1断路器进行定期高压试验时，发现其C相直流电阻超标。2004年9月20日上午，试验人员对该断路器进行了数次分合闸操作，每次合闸操作后，均对C相直流电阻进行复测，结果仍然超标，其中最大的一次直流电阻值为573μΩ，相当于制造厂规定值(45μΩ)的12倍。在断路器分闸状态下，用2500V摇表对断口绝缘电阻进行摇测，其值为6MΩ。打开传动机构箱检查，未发现异常。根据试验情况，并结合2004年4月27日紫金2断路器A相故障现象和原因，综合分析后初步判定：桥岭断路器C相直流电阻超标的原因是C相灭弧室未完全开断，而且动静触头接触不良，极有可能也是绝缘拉杆接头断裂而导致的。拆下的C相断路器，于2004年9月24日返厂解体检查。
2断路器返厂解体检查情况
2.1 断路器绝缘拉杆与动触头装配连杆的连接方式
支柱瓷套用于支撑灭弧室瓷套，并承担带电部位对地绝缘。绝缘拉杆位于支柱瓷套中，用它来连接操作杆和动触头装配连杆，并承担内部带电部件对地绝缘。绝缘拉杆上端装有一段金属杆，其作用是把绝缘拉杆和动触头装配连杆连接在一起。采用插销连接方式，动触头装配连杆的下端加工成凸键，在其突起部分钻有圆销孔；绝缘拉杆上端的金属杆顶端，加工成凹槽，两侧槽壁上钻有同心的圆销孔。两部分连接时，将凸凹部分对插，在圆销孔中插入圆柱销即可。为防止圆柱销在断路器动作过程中脱落，圆柱销两端围绕圆周铣有线槽，槽内装有弹性挡圈。
当断路器带负荷运行时，负荷电流从上接线端子到静触头、动触头和下法兰上的中间触指，最后经过下接线端子形成回路，绝缘拉杆与动触头装配连杆的连接处并不通过负荷电流。
2. 2紫金2断路器A相解体检查情况
2004年4月28日，在断路器制造厂装配车间内，对紫金2断路器A相支柱瓷套和灭弧室进行解体检查。打开瓷套后发现，绝缘拉杆上端金属部分与动触头装配连杆的连接已经脱离，绝缘拉杆上端金属杆在圆销孔处断裂，从断裂后的残余部分看，销孔呈不规则椭圆断裂状，圆柱销已脱落且磨损严重，因此，推断是由电弧灼烧和机械磨损造成的。动触头装配连杆上的圆销孔未见明显变形。解体后还发现，灭弧室下法兰内圆侧壁有放电痕迹，支柱瓷套和灭弧室内均有灰色粉尘。
灭弧室动静触头装配检查及外观未见异常。
2.3 桥岭1断路器C相解体情况
2004年9月24日，在断路器制造厂对桥岭1断路器C相进行了解体，其基本情况与2004年4月28日紫金2断路器A相解体检查相似，问题仍然出在绝缘拉杆与动触头装配连杆的连接处。
因绝缘拉杆上端金属圆销孔已变为不规则椭圆形，且一侧已有缺口，所以圆柱销脱落在支柱瓷套内，圆柱销被腐蚀成不规则的缺损状，动触头装配连杆下部的圆柱销孔也已变为椭圆形，圆柱销两端的弹性挡圈也因磨损而变形。
3 接头断裂原因分析
在不到5个月的时间内，三门峡 市电业局运行的2台LW25 –126型SF6 断路器出现同一性质的故障，不能简单地说是个别问题。
从理伦上讲，在断路器合闸后或灭弧室下法兰带电时，绝缘拉杆上端的金属杆与动触头装配连杆应为同一电位，因为它们用插销方式连接在一起。但实际情况是用插销方式连接总有一定的活动间隙，间隙的大小和部位在断路器每次操作后都可能不同，即销和孔之间的接触并不总是非常紧密，且不紧密的状况不同。因为动触头及其连杆带有电力系统对地电位，当绝缘拉杆通过圆柱销和动触头装配加杆紧密接触时，二者即为同一电位，在连接处不会形成悬浮电位和产生金属表面放电。当二者之间接触不良时，因绝缘拉杆上端的金属杆和圆柱销处于带电的动触头及连杆的交变电磁场中，它们就带有悬浮电位，动触头装配连杆下端会通过间隙对绝缘拉杆上端的金属销孔、圆柱 销、垫片和弹性挡圈等处放电，放电释放的能量缓慢地使销孔变形、尺寸变大，使圆柱销直径变小、形状变异。随着这些零件因放电腐蚀而改变形状和尺寸，柱销和销孔之间的间隙也不断增大，接头处的接触状况更加恶化，这又加剧了金属表面放电的程度。伴随着放电过程的不断加剧和长时间进行，绝缘拉杆上端金属销孔的直径越来越大，而且因重力作用变为不规则椭圆形。在这种情况下，苦进行断路器操作，绝缘拉杆的作用力一旦与动触头连杆不同心，操动机构的作用力就会不垂直地施加在动触头装配连杆上。这会使绝缘拉杆接头销孔变形更加严重，接头强度更加减弱。事实上，一旦因为变形而使销孔间隙增大，每次操作时绝缘拉杆就会有一段空行程，使得每次操作时绝缘拉杆都将获得更大的动能，从而对圆柱销和销孔产生更大冲击和破坏。进而导致断路器操作时动触头运动不到位，合闸时动静触头接触不良，直流电阻增大;分闸时分不到位，开距变小。在局部放电产生的电腐蚀和机械力破坏相互激化和反复作用下，绝缘拉杆接头销孔处的机械强度就越来越小，当其强度不足以承受分闸中操作的拉力时，绝缘拉杆接头就会在分闸过程中断裂，使圆柱销脱落，动触头便回复不到正常的分闸位置。
基于以上分析得知：WL25-126型SF6断路器绝缘拉杆上端金属接头销孔断裂的根本原因是接头处因电位悬浮而在金属边缘或尖角部位形成局部放电，放电产生的电腐蚀使销孔处的机械强度不断减弱，不足以承受分闸拉力而在分闸操作被拉断。
4 避免拉杆接头断裂的措施
为避免接头销孔结合处因悬浮电位而生产电蚀，断路器制造厂家对接头部位进行了改进，在圆柱销两端各增加一连接弹片，弹片分别固定在动触头装配连杆和绝缘拉杆上部的金属杆上，利用弹片的弹力，使动触头装配连杆、圆柱销和绝缘拉杆金属接头接触良好，形成等电位，避免产生悬浮电位。改进后的断路器已通过包括3000次机械寿命试验在内的型式试验考核。
同时，变电运行人员对这部分断路器应加强巡视检查，特别是在夜巡时，应仔细倾听断路器内部有无异常放电声或共振声，发现问题及时报告，立即安排检查和处理。
此外，电业局还应与断路器制造厂家初步商定使用特商频局部放电检测仪，对目前在现场运行的该类早期产品绝缘拉杆接头部位局部放电情况进行检测，期望通过对检测结果的分析，能找到及早发现此类问题的更好办法。
5 结论
(1) 高压断路器绝缘拉杆与动触头装配连杆的连接是否牢固，对提高断路器动作可靠性和确保电网安全运行至关重要。断路器制造厂家对这个部位的结构设计、零部件加工和装配工艺应给予足够的重视。
(2) 对高压电气设备进行定期检查和试验是及时了解设备状况、发现设备隐患、确保安全运行的有效技术监督手段，供电企业必须认真做好这项工作。
(3) 变电运行人员在倒闸操作过程中，在断开断路器后，一定要仔细查看电流表，确认该设备的电流为0后，再去拉开隔离开关，防止因断路器某相未断开而造成带负荷拉隔离开关。
(4) 在倒闸操作顺序安排上也要有所考虑，如双侧电源线路停电时，应先依次断开线路两侧断路器，再对已断开的断路器解除备用，以防止其中一侧某相断路器未断开而造成带负荷拉隔离开关。当需通过解环操作而停运某段母线时，应首先依次断开欲停运母线上的各电源断路器，再将各断路器解备，以防止环路中某断路器未断开而造成用隔离开关拉环路电流。
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