罐式斷路器典型故障分析及處理措施

李 強，池威威，孟延輝，劉曉飛，魏志杰

(河北省電力公司檢修分公司，石家莊 050070)

罐式斷路器因其具有重心低、抗震性能好、安裝簡單、價格便宜等特點，在220 kV及以上電壓等級的變電站得到普遍采用[1]。變電站常用罐式斷路器的型號有LW13-550型、LW24-252型、LW56-550/Y 型、LW12-220型和LW12-500型。罐式斷路器由于獨特的設計結構，容易出現以下四類故障。

1 斷路器瓷套炸裂

近年來，罐式斷路器套管在運行中炸裂的情況時有發生。2010年 4月15日，某500 kV變電站發生500 kV斷路器W相母線側瓷套在運行中爆炸的故障。

1.1 原因分析

觀察瓷套炸裂現場采集的碎片(見圖1)，發現瓷套膠裝區域存在粘合不良等缺陷。存在缺陷的套管長期運行，在集中應力的作用下瓷套下部內壁會產生裂紋，在交變溫度等外力作用下，達到一定承受極限就會炸裂的瓷套容易出現炸裂情況。通過對全國斷路器瓷套炸裂原因進行統計分析，發現瓷套炸裂故障的主要原因為瓷套質量差和安裝工藝不佳。

1.2 處理措施

瓷套炸裂的主要原因是瓷套質量差和安裝工藝不佳，因此對發生過炸裂情況的同批次套管和被認定有“家族性”缺陷的套管，需要盡快予以更換。同時，在罐式斷路器日常檢修過程中應注意檢查套管根部膠裝部位，發現防水層受損時，應立即處理。

圖1 瓷套膠裝區域粘合不良

2 斷路器內部放電

據不完全統計，近年來在全國范圍內發生了16起LW13-550型斷路器內部放電故障。2000年1月至2007年8月，某電力公司檢修分公司負責維護的LW13-550型斷路器共發生7起內部放電故障。

2.1 原因分析

通過對放電斷路器進行解體檢查，發現罐體內部均存在異物。異物來源大致分為3類：人為殘留的異物；意外飛入的自然物；運行中產生的金屬顆粒。人為殘留的異物(如擦拭紙、吸附劑)主要是斷路器在安裝過程中工藝控制不嚴，將外界異物帶入斷路器本體內，密封時未取出；意外飛入的自然物主要是一些小飛蟲，這類異物是安裝過程中未采取遮蔽措施造成的，當小飛蟲誤入罐體內部后，作業人員清理時不易發現，最后將其密封在罐體內部；運行中產生的金屬顆粒，大部分為細小顆粒，最大直徑接近5 mm，這類異物是由于斷路器制造工藝控制不嚴，在運行中由于摩擦、碰撞等原因產生金屬微粒或應清理的螺絲孔未清理干凈，在斷路器分合閘操作振動下金屬微粒脫落。

為了驗證異物是否是導致放電的原因，對LW13-550型斷路器進行模擬試驗。試驗表明，當試驗電壓為1 675 kV，斷路器內部存在金屬微粒(模擬顆粒5×1 mm)的情況下，無金屬微粒處最大電場強度為25.5 kV/mm，金屬微粒表面的電場強度為29 kV/mm，說明斷路器內部存在金屬微粒時將會大大降低內部絕緣強度。由于罐式斷路器內部絕緣采用稍不均勻電場結構，當有異物存在時，會改變產品內部的電場結構，導致內部放電故障的發生。

2.2 處理措施

針對罐式斷路器內部放電產生的原因，應徹底清除罐體內異物并保證運行中不再產生，同時增加設備絕緣裕度，具體措施如下：

a. 增加粒子捕捉器。在斷路器本體底部加裝粒子捕捉器后，斷路器罐體內的金屬微粒等異物在運動至靜側屏蔽罩附近時就會落入粒子捕捉器中，由于粒子捕捉裝置的屏蔽作用，使金屬粒子因失去電場的作用靜止在捕捉裝置中，減少粒子對內部電場的影響。

b. 將LW13-550型老式結構罐體及滅弧室全部更換為新型LW13A-550型罐體和滅弧室，對未更換部位徹底清掃。與舊罐體相比，新型LW13A-550型罐體直徑由原來的900 mm增加至1 000 mm，絕緣裕度得到大大提升。

c. 對存在絕緣拉桿問題的設備返廠處理。

d. 對運行時間較長、設備部件老化嚴重的LW12-220型斷路器進行整體更換。

e. 在產品技術條件滿足的情況下，提升SF6充氣壓力。試驗證明，LW13-550型斷路器SF6充氣壓力由0.5 MPa提高至0.6 MPa時，絕緣裕度至少提高11%。

f. 對LW12-550型斷路器進行滅弧室大修，確保內部清潔。重點檢查處理靜觸頭的鍍銀層和導向管表面漆層狀態，若發現起皮脫落或其他異常現象，立即更換新零件。

3 斷路器操作機構故障

罐式斷路器操作機構出現故障時，最明顯的表現是偷跳、拒分、拒合、合閘跳躍以及分合閘不到位等情況。2005年3月，某500 kV變電站1臺LW12-220型斷路器連續出現3起偷跳故障。

3.1 原因分析

某電力公司檢修分公司罐式斷路器發生的操作機構故障情況，見表1。

表1 操作機構故障統計

序號故障類型故障簡介故障1拒分操作機構液壓油劣化,導致閥體動作不暢所致故障2拒分操作機構液壓油劣化,導致閥體動作不暢所致故障3拒分操作機構液壓油劣化,導致閥體動作不暢所致故障4合后即分撞桿變形,造成分閘一級閥不能復位,斷路器連跳故障5連續跳閘合閘摯子有卡澀,造成合閘繞組燒損故障6斷路器拒合機構合閘保持摯子和扣板的軸不靈活,造成該相斷路器拒合

從表1可以看出，此類故障主要是分合閘摯子損壞和液壓油劣化造成的。CT20-III操動機構由于保持摯子處理工藝不當，脆性增加，在多次沖擊后容易發生脆斷，從而導致分合閘故障；液壓油的劣化會導致液壓系統工作環境變差，從而出現各種異常。

3.2 處理措施

a. 對LW12-550型液壓操作機構全部進行大修一次，必要時開蓋檢修。

b. 對配有CT20-III彈簧機構的罐式斷路器應加強運行監視，對于問題批次的CT20-III彈簧機構進行整體更換。

4 斷路器罐體漏氣

罐式斷路器因其注氣量多，內部壓力大，在各密封面容易出現SF6氣體泄漏情況。特別是LW56-550/Y 型斷路器最容易出現漏氣情況。某電力公司檢修分公司共安裝了6臺該型號斷路器，其中3臺就出現了漏氣情況。

4.1 原因分析

通過對漏氣LW56-550/Y 型斷路器的密封面進行解體檢查，發現密封面內已進水受潮，腐蝕的金屬部分所產生的金屬氧化物破壞了密封墊的密封效果，見圖2。分析該問題的原因為，設備生產廠員工在廠內組裝及現場安裝時，未嚴格執行廠方作業指導書要求，對接密封面防腐硅脂未注入或注入不合格。

4.2 處理措施

a. 要求設備生產廠派遣技術人員使用注入泵對LW56-550/Y 型斷路器的所有密封面加注密封硅脂，確保硅脂加注均勻。

b. 當機構側密封面漏氣時，對LW56-550/Y斷路器進行返廠處理。

圖2 被腐蝕的密封面

5 結束語

目前，由于罐式斷路器運行年限逐漸增加，設備零部件老化日趨嚴重，而且國內生產廠家的控制工藝及設計水平有待提高。在日常檢修中，應加強套管防水膠和彈簧機構分合閘摯子間隙及外觀的檢查，在有條件的情況下，應采用紅外檢漏技術加強SF6斷路器的日常檢漏，同時，斷路器現場安裝過程中應特別注意做好防塵措施，保證罐式斷路器的安全可靠運行。

參考文獻：

[1] 黎 斌.SF6高壓電器設計[M]．北京：機械工業出版社，2003.