一起断路器绝缘拉杆松动事故分析及防范措施研究

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(1.国网四川省电力公司电力科学研究院，四川 成都 610041；2. 西安工业大学，陕西 西安 710021；3. 四川科锐得实业集团公司，四川 成都 610041)

0 引 言

高压断路器作为电力系统中的重要设备，起着控制和保护的双重作用，其性能对电网运行的稳定性以及供电的可靠性有直接影响[1-4]。LW6-220型断路器作为中国早期自主研发的主流SF6断路器之一，在四川电网使用较多。近年来，随着电网规模不断发展，该型设备故障频发，给电网运行带来较大威胁[5-10]。

下面以某220 kV变电站的一起LW6-220型断路器绝缘拉杆松动事故为例，通过试验研究及解体分析，找出发生故障的主要原因；最后，结合现场情况，对该型断路器的运行维护提出了预防性的措施和建议[8-10]。

1 故障概况

1.1 故障前变电站的运行方式

2016年1月28日20：55：54，某220 kV变电站桥棉线261断路器B相发生拉杆松脱故障。故障前该220 kV变电站220 kVⅠ、Ⅱ母并列运行，旁母热备用；220 kV桥棉线261号断路器、棉竹线270号断路器、棉汉一线268号断路器、1号主变压器201断路器运行于220 kV Ⅰ母；220 kV棉汉二线266号断路器、坝棉线267号断路器、南棉线262号断路器、2号主变202断路器运行于220 kV Ⅱ母；110 kV松棉线运行于110kV Ⅲ母。运行方式如图1所示。

图1 某200 kV 变电站主接线

1.2 故障情况

2016年1月28日20：55：54，220 kV桥棉线B相发生接地故障，约20 ms，站侧1号保护纵联差动，2号保护纵联零序、纵联距离保护动作出口，B相断路器单相跳闸不成功；同时，对应电厂侧1号保护纵联差动、2号保护纵联距离保护动作，断路器跳闸。

桥棉线断路器B相单相跳闸失败后，沟通三相跳闸启动，170 ms后三相跳闸，A、C相跳闸成功，B相未跳开。约330 ms，母差失灵保护动作，420 ms后220 kVⅠ母所有断路器间隔(桥棉线、棉竹线、棉汉一线、1号主变压器201断路器)及母联212断路器跳闸(桥棉线断路器跳闸不成功)，所有电源全部消失，故障切除。同时，因母差失灵保护动作切除220 kV棉汉一线，站安控装置动作，切除220 kV坝棉线及110 kV松棉线。

故障发生后，值班员现场检查发现：220 kV桥棉线261、棉竹线270、棉汉一线268、坝棉线267、母联212、1号主变压器201和110 kV松棉线153等断路器均位于分闸位置。结合故障录波分析，可以初步推断出桥棉线261断路器B相故障时并未分闸到位。

1.3 故障断路器信息

该220 kV变电站共有7台LW6-220型SF6断路器，出厂日期均为1999年7月，投运日期均为2001年4月，额定电流为3150 A，额定短路开断电流为40 kA。

LW6-220型断路器主要由灭弧室、均压电容器、三联箱、支柱、联接座、密度继电器、动力单元等部分组成，具体结构如图2所示。

图2 LW6-220型断路器单极剖面

2 试验检查

为了分析故障原因，对桥棉线261断路器进行试验检查，测试三相分闸时间、合闸时间、回路电阻、断口绝缘数据如表1所示。

表1 桥棉线261断路器试验数据

由表1可得，断路器合闸时三相回路电阻值均属于正常范围，说明断路器三相合闸均到位；断路器分闸时断口间绝缘电阻值属于正常范围，说明断路器三相均已分闸；B相分、合闸时间均比其他两相明显偏小，分、合闸相间不同期均严重超过“≤2 ms”的标准要求；B相总行程比标准值150 mm小了20 mm，说明该相可能出现了分闸不到位。

3 解体检查

为进一步确定故障原因，对桥棉线261断路器B相本体进行了返厂解体检查。解体后发现，桥棉线261断路器B相绝缘拉杆下部与金属拉杆的螺纹连接处弹簧退丝严重，达到一圈半左右(如图3所示)，折合拉杆竖直方向移动距离20 mm，相当于绝缘拉杆被加长，同时螺纹连接处的粘接材料硬化脱落。

图3 绝缘拉杆下部与金属拉杆的螺纹连接处弹簧退丝情况

从图4和图5可以看出，两个断口的静主触头、屏蔽罩、动主触头、压气缸及绝缘喷嘴均存在明显的电弧烧灼痕迹。

图4 静主触头及屏蔽罩烧灼情况

图5 动主触头、压气缸及绝缘喷嘴烧灼情况

两个断口动弧触头的触指瓣明显胀大，被完全顶松，静弧触头插入后两者不能紧密接触,具体情况如图6所示。此外，由主触头接触痕迹可得，两个断口动静触头的对中性良好。

图6 动弧触头瓣明显胀大情况

4 故障原因分析

桥棉线261断路器B相绝缘拉杆与金属拉杆间是靠螺纹来传递操作动力的。但是，由于存在绝缘拉杆无定位销、粘接材料老化的缺陷，绝缘拉杆在断路器操作过程中受到相当大的冲击力，造成粘接破坏而出现拉杆松动，绝缘拉杆下部与金属拉杆的螺纹连接处出现退丝现象。退丝过程随着操作的次数增加而不断累积，特别是液压机构在操作的时候，其活塞往往存在着一定的转动，从而加剧了拉杆的退丝过程。

桥棉线261断路器的绝缘拉杆与金属拉杆仅采用螺纹连接，并未采取定位销等更加可靠的连接方式。断路器解体发现拉杆已经退丝一圈半左右，折合拉杆竖直方向的移动距离为20 mm，相当于绝缘拉杆被加长，同时螺纹连接处的粘接材料硬化脱落。合闸时绝缘拉杆带动动触头向上伸，使得断路器的开距减小，接触行程增大。随着接触行程的加大，导致静弧触头插入动弧触头的深度增加。当接触行程增加12 mm以上时，静弧触头就会顶到动弧触头的根部，动弧触头的触指瓣被明显胀大且完全顶松，导致静弧触头与动弧触头实际接触不可靠，造成分闸时弧触头先分离，主触头后于弧触头分离，电弧电流始终流过主触头而无法熄弧。由于故障电流无法切除，继而引起220 kV 1号母差失灵保护和安控先后动作，事故发生。

5 防范措施

目前，LW6-220型断路器绝缘拉杆松动问题

已在国内造成数起事故，所以应对绝缘拉杆的机械强度、连接可靠性及防范措施给予足够的重视。

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，制造厂家要特别重视这个部位的结构设计、零部件加工和装配工艺。

2) 鉴于目前对绝缘拉杆松动尚无直接的检测手段，建议对断路器的正常分合闸的位置进行标记，并在日常运行中加强对该型断路器的监视；同时，在断路器分合闸到位后，应检查监控和保护装置的动作信息情况，并检查断路器操作后一次回路电流、电压是否正常。

3) 建议对此类绝缘拉杆结构的LW6-220断路器及时进行更换，对于无法更换的断路器，除在绝缘拉杆旋接部位增加胶粘外，还应再采取安装定位销等可靠的防松动措施。

6 结 论

LW6-220型断路器现在已经运行十几年，其绝缘拉杆松动正处在高发期，而绝缘拉杆松动是由材料、工艺、结构以及使用时间引起，必须采取相应的预防措施确保设备安全可靠运行，才能保证电力系统安全稳定运行。