基于LW36型断路器回路电阻偏大的分析

梅敏 陈慧昭

摘要：高压断路器主要用于开关、关合、承受运行线路的正常电流，在规定的时间内承载、开断异常电流的设备^[1]，因此断路器必须具有良好的接触性^[2]。若高压断路器的回路电阻偏大，其动静触头的接触性将降低^[3]，在设备频繁分合的情况下，其动静触头的灭弧能力将大大下降，尤其在开关用于无功设备间隔时其灭弧能力下降将使开关内部压力骤增，严重时将使开关爆炸。

关键词：高压断路器;回路电阻;解体

前言

500kV某变电站35kV 21C电容器组322开关是型号LW36-72.5W/T4000-50，于2017年12月28日投入运行。2018年4月18日，322开关预试检查时，首次发现322开关A相回路电阻明显增大;2018年9月11日，322开关预试检查时，发现322开关A、C相回路电阻已超过厂家标准值（标准≤40μΩ）;2018年12月7日，322开关预试检查时，发现322开关A、C相回路电阻继续明显增大，其中A相回路电阻值已达72.9μΩ（标准≤40μΩ）;322开关详细跟踪数据如下：

1、现场检查情况：

对322开关进行了停电后更换前的检查、检修工作;具体情况如下：

（1）停电后，利用水平尺对322开关横梁水平度、构架垂直度、极柱垂直度分别进行了检查，检查高度差均少于1mm，符合厂家技术不大于2mm要求。

（2）对322开关三相极柱的固定螺栓（M16）进行用按厂家技术要求力矩200N.M检查，未发现有螺丝松动和力矩不达标现象。

（3）对322开关的机构、机构内各元件进行检查，无异常情况;对机构箱外的输出轴、传动轴、拐臂等进行检查，无弯曲变形锈蚀等异常情况;且分闸到位时，其分闸定位钉到位正常;322开关分合闸其极柱底部的拐臂动作距离经测量满足厂家要求;

（4）开关构架、极柱外观检查无破损、锈蚀情况，一次接线掌无异常情况;

（5）对322开关进行了回路电阻测试，测试发现三相回路电阻值分别为：A相72.9μΩ，B相33μΩ，C相44.6μΩ，其中A、C两相回路电阻值超过厂家标准少于40μΩ要求。

（6）对322开关三相极柱进行更换，并进行了充气，经检查验收及交接试验合格。

2、开关解体情况：

为了对开关回路电阻超标进行检查分析，对322开关三相极柱进行现场解体。经讨论后确定，解体顺序依次为B相-C相-A相。

解体情况及发现問题：

（1）B相开关解体情况：上下瓷瓶间法兰固定螺栓处有藏水，螺丝孔位存在藏水锈蚀的情况;弧触头有烧蚀情况;下引出一次导电法兰盘3颗固定螺栓（M10）均松动（组装时，用37NM进行坚固，再进行收紧外法兰时会检动，在其他A＼C相时没明显检动现象），部份位置出现腐蚀现象;其他无明显异常。

（2）C相开关解体情况：上下瓷瓶间法兰固定螺栓处有藏水，螺栓已腐蚀;静触头内壁与喷嘴上的导向环接触处有轻微刮痕;弧触头有烧蚀情况;其他无明显异常。

（3）A相开关解体情况：弧触头烧蚀情况最为严重;静触头内壁与喷嘴上的导向环接触处有轻微刮痕;其他无明显异常。

（4）解体后对三相的各导电部分分别进行了回路电阻测试，其测试分段情况如下：

从以上数据对比分析，回厂测量接触电阻值除接线座与静触头座之间的接触电阻与佛山检修基地现场测量值一致以外，其余部位相比普遍偏大。原因认为是该产品在现场拆解组装后，没有对相柱进行抽真空处理，导致零件表面氧化，接触电阻变大，为了论证此结论，将活塞、气缸和弹簧触头表面进行了打磨及清洁处理，重新复测活塞与大气缸之间的接触电阻，A 相数据由原先的55.7μΩ变为5.4μΩ，B 相数据由原先的7.5μΩ变为6.1μΩ，C 相数据由原先的42.3μΩ变为8.7μΩ，由此可见，活塞与下支撑座之间的接触电阻变大是由于零件表面氧化所致，同理，活塞与触头座之间的接触电阻变大也是由于活塞和触指氧化所致。

从表3中数据分析，回厂测量接线座与静触头座接触电阻与现场测量值基本一致，活塞与下支撑座和触头座之间的电阻变大是由于零件暴露在空气中优化所致，而气缸与下支撑座之间连接处回厂测量结果也比现场测量值偏大，此处电阻变大初步原因分析如下：

该处连接结构是面静接触，即使暴露在空气中，只要接触可靠就不会发生电阻回升现象，而该零件从佛山检修基地返厂后电阻就发生了回升，可能是该接触面的接触压力不足，导致有空气进入，表面氧化，发生电阻回升。

（5）解体后对三相的滑动触头进行镀银层厚度测试

活塞镀银层厚度的测量，对产品处于分、合闸位置时活塞和弹簧触头、主触头的实际接触区镀银厚度进行了测量（活塞上下两端），各测量三个点（图 2），结果满足图样要求。而活塞中部区域，测量结果相对于两端镀银厚度薄一些，但也满足图样要求（该活塞中间部分只是在产品分合闸过程中与弹簧触头接触，不会影响产品在合闸位置时的回路电阻。由于该零件在镀银过程中，两端会发生尖端放电，镀银层会比中间要厚一些，因此该气缸中间镀银层厚度相对于两端要薄一些。

测得各相滑动触头镀银层的厚度如下表：

从金属测试结果可以看出，其滑动触头的镀银层厚度均小于如高厂家给出的滑动触头镀银层厚度40μm。

（6）对三相的弧触头进行金属测试：

从金属测试结果可以看出，其弧触头的钨含量为68.58%，与如高厂家给出的弧触头材料CuW70一致。

（7）复测零件尺寸

按照处理方案对拆解的部分零部件尺寸进行复检，除部分零件无法拆解外，能检测的尺寸均满足标准要求，说明零件尺寸无异常。

3、原因分析：

通过上述断路器拆解分析，此次电阻回升异常原因基本可以判定是气缸和下支撑件连接处电阻回升所致，而该处电阻回升的异常原因分析如下：该处连接结构是由6个M10×30的螺栓连接，螺栓拧入深度约13.5mm，按照机械设计手册要求，铝件通过螺栓连接，其拧入深度要求是螺栓直径的2倍左右，现产品拧入深度相对偏小，该处产品装配时力矩要求为37±2N，在拧入深度不足的情况下，打力矩后单圈铝螺纹所受的力将会变大，在产品分合闸操作时会受到反复的拉压交变应力作用，长期操作之后会使该螺纹连接处螺牙发生应力松弛，导致气缸和下支撑件之间的接触压力不够，从而接触电阻发生回升现象，这是主要原因。

从拆解的情况看，该无功补偿断路器开断次数较多，存在一定的粉尘，在开断过程中气体和少量的水分发生反应，使零件接触面氧化对其电阻也有一定的影响，根据解体结果，产品滑动接触电阻不是很高，所以这不是电阻回升的主要因素。另A、C相静触头的内壁与导向环接触处有摩擦的痕迹，可能在极柱内部存在导电部分不同心的情况，导致回路电阻增大。

高压断路器必须具有良好的接触性^[2]，若高压断路器的回路电阻偏大，其动静触头的接触性将降低^[3]，在设备频繁分合的情况下，其动静触头的灭弧能力将大大下降，尤其在开关用于无功设备间隔时其灭弧能力下降将使开关内部压力骤增，严重时会造成开关爆炸。本文针对某变电站内电容器间隔开关回路电阻增大的情况进行了完整的阐述和分析，确认了LW36型断路器的回路电阻增大的原因。

参考文献

[1]张全元.变电运行现场技术问答[M].北京.中国电力出版社.2009

[2]张全元.变电站现场事故处理及典型案例分析[M].北京.中国电力出版社.2008

[3]丁毓山.变电检修[M].北京.中国水利水电出版社.2010