基于LW36型斷路器回路電阻偏大的分析

梅敏 陳慧昭

摘要：高壓斷路器主要用于開關、關合、承受運行線路的正常電流，在規定的時間內承載、開斷異常電流的設備^[1]，因此斷路器必須具有良好的接觸性^[2]。若高壓斷路器的回路電阻偏大，其動靜觸頭的接觸性將降低^[3]，在設備頻繁分合的情況下，其動靜觸頭的滅弧能力將大大下降，尤其在開關用于無功設備間隔時其滅弧能力下降將使開關內部壓力驟增，嚴重時將使開關爆炸。

關鍵詞：高壓斷路器;回路電阻;解體

前言

500kV某變電站35kV 21C電容器組322開關是型號LW36-72.5W/T4000-50，于2017年12月28日投入運行。2018年4月18日，322開關預試檢查時，首次發現322開關A相回路電阻明顯增大;2018年9月11日，322開關預試檢查時，發現322開關A、C相回路電阻已超過廠家標準值（標準≤40μΩ）;2018年12月7日，322開關預試檢查時，發現322開關A、C相回路電阻繼續明顯增大，其中A相回路電阻值已達72.9μΩ（標準≤40μΩ）;322開關詳細跟蹤數據如下：

1、現場檢查情況：

對322開關進行了停電后更換前的檢查、檢修工作;具體情況如下：

（1）停電后，利用水平尺對322開關橫梁水平度、構架垂直度、極柱垂直度分別進行了檢查，檢查高度差均少于1mm，符合廠家技術不大于2mm要求。

（2）對322開關三相極柱的固定螺栓（M16）進行用按廠家技術要求力矩200N.M檢查，未發現有螺絲松動和力矩不達標現象。

（3）對322開關的機構、機構內各元件進行檢查，無異常情況;對機構箱外的輸出軸、傳動軸、拐臂等進行檢查，無彎曲變形銹蝕等異常情況;且分閘到位時，其分閘定位釘到位正常;322開關分合閘其極柱底部的拐臂動作距離經測量滿足廠家要求;

（4）開關構架、極柱外觀檢查無破損、銹蝕情況，一次接線掌無異常情況;

（5）對322開關進行了回路電阻測試，測試發現三相回路電阻值分別為：A相72.9μΩ，B相33μΩ，C相44.6μΩ，其中A、C兩相回路電阻值超過廠家標準少于40μΩ要求。

（6）對322開關三相極柱進行更換，并進行了充氣，經檢查驗收及交接試驗合格。

2、開關解體情況：

為了對開關回路電阻超標進行檢查分析，對322開關三相極柱進行現場解體。經討論后確定，解體順序依次為B相-C相-A相。

解體情況及發現問題：

（1）B相開關解體情況：上下瓷瓶間法蘭固定螺栓處有藏水，螺絲孔位存在藏水銹蝕的情況;弧觸頭有燒蝕情況;下引出一次導電法蘭盤3顆固定螺栓（M10）均松動（組裝時，用37NM進行堅固，再進行收緊外法蘭時會檢動，在其他A＼C相時沒明顯檢動現象），部份位置出現腐蝕現象;其他無明顯異常。

（2）C相開關解體情況：上下瓷瓶間法蘭固定螺栓處有藏水，螺栓已腐蝕;靜觸頭內壁與噴嘴上的導向環接觸處有輕微刮痕;弧觸頭有燒蝕情況;其他無明顯異常。

（3）A相開關解體情況：弧觸頭燒蝕情況最為嚴重;靜觸頭內壁與噴嘴上的導向環接觸處有輕微刮痕;其他無明顯異常。

（4）解體后對三相的各導電部分分別進行了回路電阻測試，其測試分段情況如下：

從以上數據對比分析，回廠測量接觸電阻值除接線座與靜觸頭座之間的接觸電阻與佛山檢修基地現場測量值一致以外，其余部位相比普遍偏大。原因認為是該產品在現場拆解組裝后，沒有對相柱進行抽真空處理，導致零件表面氧化，接觸電阻變大，為了論證此結論，將活塞、氣缸和彈簧觸頭表面進行了打磨及清潔處理，重新復測活塞與大氣缸之間的接觸電阻，A 相數據由原先的55.7μΩ變為5.4μΩ，B 相數據由原先的7.5μΩ變為6.1μΩ，C 相數據由原先的42.3μΩ變為8.7μΩ，由此可見，活塞與下支撐座之間的接觸電阻變大是由于零件表面氧化所致，同理，活塞與觸頭座之間的接觸電阻變大也是由于活塞和觸指氧化所致。

從表3中數據分析，回廠測量接線座與靜觸頭座接觸電阻與現場測量值基本一致，活塞與下支撐座和觸頭座之間的電阻變大是由于零件暴露在空氣中優化所致，而氣缸與下支撐座之間連接處回廠測量結果也比現場測量值偏大，此處電阻變大初步原因分析如下：

該處連接結構是面靜接觸，即使暴露在空氣中，只要接觸可靠就不會發生電阻回升現象，而該零件從佛山檢修基地返廠后電阻就發生了回升，可能是該接觸面的接觸壓力不足，導致有空氣進入，表面氧化，發生電阻回升。

（5）解體后對三相的滑動觸頭進行鍍銀層厚度測試

活塞鍍銀層厚度的測量，對產品處于分、合閘位置時活塞和彈簧觸頭、主觸頭的實際接觸區鍍銀厚度進行了測量（活塞上下兩端），各測量三個點（圖 2），結果滿足圖樣要求。而活塞中部區域，測量結果相對于兩端鍍銀厚度薄一些，但也滿足圖樣要求（該活塞中間部分只是在產品分合閘過程中與彈簧觸頭接觸，不會影響產品在合閘位置時的回路電阻。由于該零件在鍍銀過程中，兩端會發生尖端放電，鍍銀層會比中間要厚一些，因此該氣缸中間鍍銀層厚度相對于兩端要薄一些。

測得各相滑動觸頭鍍銀層的厚度如下表：

從金屬測試結果可以看出，其滑動觸頭的鍍銀層厚度均小于如高廠家給出的滑動觸頭鍍銀層厚度40μm。

（6）對三相的弧觸頭進行金屬測試：

從金屬測試結果可以看出，其弧觸頭的鎢含量為68.58%，與如高廠家給出的弧觸頭材料CuW70一致。

（7）復測零件尺寸

按照處理方案對拆解的部分零部件尺寸進行復檢，除部分零件無法拆解外，能檢測的尺寸均滿足標準要求，說明零件尺寸無異常。

3、原因分析：

通過上述斷路器拆解分析，此次電阻回升異常原因基本可以判定是氣缸和下支撐件連接處電阻回升所致，而該處電阻回升的異常原因分析如下：該處連接結構是由6個M10×30的螺栓連接，螺栓擰入深度約13.5mm，按照機械設計手冊要求，鋁件通過螺栓連接，其擰入深度要求是螺栓直徑的2倍左右，現產品擰入深度相對偏小，該處產品裝配時力矩要求為37±2N，在擰入深度不足的情況下，打力矩后單圈鋁螺紋所受的力將會變大，在產品分合閘操作時會受到反復的拉壓交變應力作用，長期操作之后會使該螺紋連接處螺牙發生應力松弛，導致氣缸和下支撐件之間的接觸壓力不夠，從而接觸電阻發生回升現象，這是主要原因。

從拆解的情況看，該無功補償斷路器開斷次數較多，存在一定的粉塵，在開斷過程中氣體和少量的水分發生反應，使零件接觸面氧化對其電阻也有一定的影響，根據解體結果，產品滑動接觸電阻不是很高，所以這不是電阻回升的主要因素。另A、C相靜觸頭的內壁與導向環接觸處有摩擦的痕跡，可能在極柱內部存在導電部分不同心的情況，導致回路電阻增大。

高壓斷路器必須具有良好的接觸性^[2]，若高壓斷路器的回路電阻偏大，其動靜觸頭的接觸性將降低^[3]，在設備頻繁分合的情況下，其動靜觸頭的滅弧能力將大大下降，尤其在開關用于無功設備間隔時其滅弧能力下降將使開關內部壓力驟增，嚴重時會造成開關爆炸。本文針對某變電站內電容器間隔開關回路電阻增大的情況進行了完整的闡述和分析，確認了LW36型斷路器的回路電阻增大的原因。

參考文獻

[1]張全元.變電運行現場技術問答[M].北京.中國電力出版社.2009

[2]張全元.變電站現場事故處理及典型案例分析[M].北京.中國電力出版社.2008

[3]丁毓山.變電檢修[M].北京.中國水利水電出版社.2010