摘 要：通過工作實(shí)踐，介紹了LW6-110型戶外交流高壓SF6斷路器存在的家族性缺陷及其造成此缺陷的原因進(jìn)行了分析討論，對從業(yè)人員重視開關(guān)特性試驗(yàn)，防止開關(guān)事故發(fā)生，提高斷路器技術(shù)監(jiān)督水平，有實(shí)際借鑒作用。
0、引言
高壓SF6斷路器液壓機(jī)構(gòu)采用的是航空油，基本上是不可壓縮的，具有傳遞速度快、延時(shí)小、動(dòng)作準(zhǔn)確、輸出力特性平穩(wěn)、阻尼性好。但液壓機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，元件及外接管路接頭多，管路長，死角多，管路中空氣很難通過高壓放油閥排掉，在死角處殘留的空氣會(huì)形成空氣墊，對液壓機(jī)構(gòu)動(dòng)作特性影響很大。每次年檢預(yù)試中都會(huì)有幾臺(tái)開關(guān)特性試驗(yàn)不合格，這種因斷路器運(yùn)行一段時(shí)間油路中存在空氣，造成合閘速度降低，威脅著斷路器和系統(tǒng)安全運(yùn)行，應(yīng)引起高度重視。
1、LW6-110型戶外交流高壓SF6斷路器試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問題
110kV文石線166開關(guān)使用的是江蘇如皋高壓電器廠生產(chǎn)的LW6-110型戶外交流高壓SF6斷路器。2000年7月8日投產(chǎn)以來，每次年檢預(yù)試都發(fā)現(xiàn)該類斷路器存在同期、合閘或分閘時(shí)間、剛合或剛分速度不合格的安全隱患問題，初次測試采用的斷路器機(jī)械特性測試儀:成都多能電力LDCⅡ型開關(guān)特性測試儀。
2013年04月03日，檢修公司試驗(yàn)化驗(yàn)班例行試驗(yàn)，其中三項(xiàng)數(shù)據(jù)均不合格(見表1)：a)、三相合閘不同期：(不合格);b)C相剛合速度(不合格);c) C相超程70mm(不合格)。
表1 166開關(guān)處理前試驗(yàn)數(shù)據(jù)
項(xiàng)目名稱ABC三相不同期(ms)廠家規(guī)定值
合閘時(shí)間
合閘時(shí)間≤90ms
合閘不同期≤5ms
分閘時(shí)間
分閘時(shí)間≤30ms
分閘不同期≤3ms
剛合速度
m/ m/s±
剛分速度
m/s- .5 m/s～7m/s
合閘最大速度
m/
合閘平均速度
m/
分閘最大速度
m/s-
分閘平均速度
m/s-
開距
mm-11186-104 mm～111mm
超程
mm-3970-39 mm～47mm
總行程
mm-150156-149 mm～151mm
為了避免測試儀器和人員測試誤差，測試儀更換為珠海恒泰GKC-HT型高壓開關(guān)綜合測試儀，現(xiàn)場試驗(yàn)人員采取反復(fù)多次測量，所測數(shù)據(jù)基本一致，排除實(shí)驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)人員操作不當(dāng)引起數(shù)據(jù)偏差。
2、LW6-110型戶外交流高壓SF6斷路器故障原因分析
通過在166開關(guān)提升桿上安裝傳感器來測量開關(guān)行程和速度，以此做進(jìn)一步的分析和判斷。根據(jù)測試儀合閘行程曲線波形圖可以看出C相的合閘速度在55ms～60ms之間時(shí)出現(xiàn)明顯下降(約為 m/s)，剛合速度降為，正常相B相合閘速度為左右。測試結(jié)果表明斷路器存在嚴(yán)重的安全隱患。檢查表壓為(廠家規(guī)定值為32.6 MPa±1 MPa)符合要求，那么，剛合速度降低是什么原因呢?
通過分析：此型斷路器管路接頭多，管路長，死角多，管路中空氣很難通過高壓放油閥排掉，在死角處殘留的空氣會(huì)形成空氣墊，造成壓力傳遞不足，從而導(dǎo)致C相合閘時(shí)壓力不足，合閘速度變慢，合閘時(shí)間變長。由此初步推斷C相油管路存在氣體，對液壓機(jī)構(gòu)動(dòng)作特性造成影響。
3、不合格故障處理對策與排除方法
通過多年對此開關(guān)檢修實(shí)踐，總結(jié)出此故障的處理步驟方法：
a)斷路器處于分閘狀態(tài)，斷開儲(chǔ)能電機(jī)電源;b)泄壓：首先用12寸板手將三級(jí)閥頂部的壓閥螺桿往下擰，同時(shí)觀察表壓開始慢慢往下降時(shí)，就停止壓閥螺桿再往下擰，當(dāng)表壓降到貯壓器預(yù)充氮?dú)鈮毫?15℃)18+1.0 MPa，指針再向零壓變化的瞬間，立刻將三級(jí)閥頂部的壓閥螺桿往上擰，退回原來位置(以止位板為限);c)放掉C相合閘命令管中的氣體。因供排油閥處于C相合閘命令管的尾部，且位置較高，C相合閘命令管中的氣體主要聚集在供排油閥中，因無放氣塞，故先擰松C相合閘命令管與供排油閥間的螺絲，擰松2-3牙絲至有油排出時(shí)，合上儲(chǔ)能電機(jī)電源空開，起動(dòng)電機(jī)打壓，使表壓力值維持在18MPa至20MPa左右，斷開電機(jī)電源，這樣既能保證液壓油不斷由高壓力處往低壓力處排泄又能保證排氣處壓力值不會(huì)太大而使供排油閥與合閘命令管的連接螺母不會(huì)被沖落，保證人身安全，與此同時(shí)通過不斷的輕敲命令管使其內(nèi)部氣泡隨油流動(dòng)匯集到供排油閥處，之后再不斷敲打供排油閥使累積在此的氣泡能夠隨油一同排出，持續(xù)到氣泡排盡;d)恢復(fù)已擰松的螺母，啟動(dòng)電機(jī)打壓至額定值，讓油路系統(tǒng)靜置半小時(shí)再做試驗(yàn);e)檢查低壓油箱油位是否正常，油位較低，則補(bǔ)充航空液壓油，至正常油位;
按規(guī)定再次對166開關(guān)進(jìn)行機(jī)械特性試驗(yàn)，得到A、B、C三相合格的數(shù)據(jù)(見表2)。為排除偶然因素，之后還進(jìn)行了多次的分合試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均符合廠家技術(shù)規(guī)定。
表2 166開關(guān)處理后C相合閘試驗(yàn)數(shù)據(jù)
項(xiàng)目名稱ABC三相不同期
ms規(guī)定值
合閘時(shí)間
合閘時(shí)間≤90ms
合閘三相不同期≤5ms
分閘時(shí)間
ms-----
剛合速度
m/ m/s±
剛分速度
m/s-----
合閘最大速度
m/
合閘平均速度
m/ -
分閘最大速度
m/s----
分閘平均速度
m/s-----
開距
mm--106-104 mm～111mm
超程
mm--44-39mm～47mm
行程
mm--150-149mm～151mm
4、不良機(jī)械特性對斷路器和電力系統(tǒng)的影響
斷路器分合閘三相同期差是斷路器機(jī)械特性參數(shù)其中一項(xiàng)很重要的技術(shù)參數(shù)，要求不同期程度越小越好。斷路器分合閘不同期，將造成線路及設(shè)備非全相接入或切除，在一定時(shí)間內(nèi)造成兩相或一相運(yùn)行，產(chǎn)生不平衡的零序電壓和零序電流，引起過電壓危及設(shè)備絕緣或影響保護(hù)裝置工作，對斷路器觸頭也會(huì)造成燒傷甚至引起斷路器爆炸。
三相分合閘不同期產(chǎn)生的原因主要是三相分閘時(shí)間或合閘時(shí)間不一致造成的。例如在合閘時(shí)，合閘慢的一相，合閘用時(shí)最長，動(dòng)觸頭與靜觸頭間還會(huì)產(chǎn)生推斥力，電弧不能盡快熄滅，將造成動(dòng)靜觸頭燒損，如果嚴(yán)重不同期，后接觸一相的滅弧室的燃弧時(shí)間過度延長，在高溫高壓的作用下，將會(huì)引起斷路爆炸。
速度是斷路器機(jī)械特性的另一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)，在合閘和分閘過程中，斷路器的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件分別具有不同的運(yùn)動(dòng)速度，其中動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)速度直接關(guān)系到電弧的熄滅，故用動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)速度代表斷路器的運(yùn)動(dòng)速度。
動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)速度是變速的，在合閘或分閘過程中的各個(gè)瞬間都有著不同的速度值。
從斷路器的電氣性能考慮：要控制動(dòng)觸頭剛剛分開瞬間的運(yùn)動(dòng)速度，使其在短時(shí)間內(nèi)獲得較大的觸頭斷開距離，迅速拉長電弧，縮短燃弧時(shí)間，從而提高弧道的絕緣強(qiáng)度恢復(fù)速度，保證斷流容量，減輕觸頭表面灼傷。同樣也要控制動(dòng)觸頭剛剛閉合瞬間的運(yùn)動(dòng)速度，以保證合閘能量，縮短燃弧時(shí)間，防止觸頭表面灼傷或熔接。
從斷路器的機(jī)械性能考慮：要控制動(dòng)觸頭的最大合閘和最大分閘速度，防止運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)受到過度的機(jī)械應(yīng)力，造成部件損壞或縮短運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的使用壽命，同時(shí)避免觸頭產(chǎn)生彈跳現(xiàn)象。因此制造廠及狀態(tài)檢修規(guī)程規(guī)定了斷路器的剛合速度、剛分速度、最大合閘速度、最大分閘速度。
在無電壓狀態(tài)下，只能測量從發(fā)出命令(合閘或分閘電路接通)起，到斷路器動(dòng)觸頭和定觸頭剛剛接觸或剛剛分開為止的一段時(shí)間，也就是合閘時(shí)間和固有分閘時(shí)間，動(dòng)作時(shí)間的長短關(guān)系到迅速切除電力系統(tǒng)故障和迅速恢復(fù)電力供應(yīng)，特別是分閘時(shí)間還直接影響到斷路器的滅弧性能和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此，制造廠及狀態(tài)檢修規(guī)程規(guī)定了斷路器的合閘時(shí)間和固有分閘時(shí)間。
5、行程 超程 剛合速度 合閘時(shí)間之間的關(guān)系
斷路器的合閘和分閘動(dòng)作時(shí)間與運(yùn)動(dòng)速度密切相關(guān)，當(dāng)行程合格，且運(yùn)動(dòng)速度符合規(guī)定時(shí)，動(dòng)作時(shí)間也能夠符合規(guī)定，但合閘時(shí)間符合規(guī)定未必剛合速度就能符合規(guī)定。
如166開關(guān)處理前測試C相合閘時(shí)間為，符合廠家規(guī)定≤90 ms的要求，合閘時(shí)間是合格的，但剛合速度卻為，不符合廠家技術(shù)要求規(guī)定的4m/s±范圍，動(dòng)作時(shí)間符合規(guī)定卻不能肯定瞬間運(yùn)動(dòng)速度也能符合規(guī)定。
在本次166開關(guān)處理后測試剛合速度為，符合廠家技術(shù)要求規(guī)定的4m/s±范圍，合閘時(shí)間為 ms，也符合廠家規(guī)定，這說明運(yùn)動(dòng)速度符合規(guī)定，動(dòng)作時(shí)間也能夠符合規(guī)定。
原因分析：做開關(guān)特性試驗(yàn)時(shí)，有些專業(yè)人員認(rèn)為只做時(shí)間這一項(xiàng)就可以了，時(shí)間合格，速度就自然合格，這種認(rèn)識(shí)是錯(cuò)誤的。所以對于開關(guān)特性測試，同期、速度和時(shí)間都要測試才能全面鑒定開關(guān)的性能和健康狀況，才能對開關(guān)做出正確的狀態(tài)評價(jià)。建議先測速度后再測時(shí)間，以免由于調(diào)整速度而重新進(jìn)行時(shí)間測試。
從本次測試反映出來的問題來看，測試的超程數(shù)據(jù)并不能真實(shí)反映開關(guān)內(nèi)部超程的真實(shí)情況。當(dāng)放氣后，剛合速度合格了，超程也變?yōu)楹细窳恕＿@是因?yàn)槌淌峭ㄟ^動(dòng)觸頭插入過程中的平均速度與插入時(shí)間相乘算出來的，只有當(dāng)剛合速度合格了，儀器計(jì)算出的插入行程才會(huì)合格，所以在剛合速度不合格時(shí)，測出來的超程是不真實(shí)的。
6、結(jié)語
在2013年的年檢預(yù)試工作中又一次發(fā)現(xiàn)有3臺(tái)該型號(hào)斷路器存在該類缺陷，雖經(jīng)過處理合格，但經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，油管路中又會(huì)出現(xiàn)氣體，已反映出這類斷路器存在嚴(yán)重的家族性隱患，如果在試驗(yàn)周期內(nèi)因油路中出現(xiàn)氣體造成斷路器合閘速度顯著降低，將會(huì)導(dǎo)致燃弧時(shí)間過長，觸頭表面灼傷或熔接，甚至產(chǎn)生斷路器爆炸事故。因此我們認(rèn)為對該型號(hào)斷路器最好更換為彈簧機(jī)構(gòu)的斷路器，如不能夠更換，做以下處理：
a)建議在停電檢修中應(yīng)加強(qiáng)對開關(guān)速度、時(shí)間、同期、行程、超程、彈跳等特性參數(shù)的全面測試，并縮短檢測周期;
b)在每次測試中注意保存波形圖和歷次測試數(shù)據(jù)。認(rèn)真分析斷口波形圖和行程曲線，從斷口波形圖上觀察分析有無動(dòng)靜觸頭不對中引起的彈跳現(xiàn)象;從行程曲線圖上分析動(dòng)觸頭在運(yùn)動(dòng)過程中有無卡澀和停頓現(xiàn)象。
