罐式断路器典型故障分析及处理措施

李 强，池威威，孟延辉，刘晓飞，魏志杰

(河北省电力公司检修分公司，石家庄 050070)

罐式断路器因其具有重心低、抗震性能好、安装简单、价格便宜等特点，在220 kV及以上电压等级的变电站得到普遍采用[1]。变电站常用罐式断路器的型号有LW13-550型、LW24-252型、LW56-550/Y 型、LW12-220型和LW12-500型。罐式断路器由于独特的设计结构，容易出现以下四类故障。

1 断路器瓷套炸裂

近年来，罐式断路器套管在运行中炸裂的情况时有发生。2010年 4月15日，某500 kV变电站发生500 kV断路器W相母线侧瓷套在运行中爆炸的故障。

1.1 原因分析

观察瓷套炸裂现场采集的碎片(见图1)，发现瓷套胶装区域存在粘合不良等缺陷。存在缺陷的套管长期运行，在集中应力的作用下瓷套下部内壁会产生裂纹，在交变温度等外力作用下，达到一定承受极限就会炸裂的瓷套容易出现炸裂情况。通过对全国断路器瓷套炸裂原因进行统计分析，发现瓷套炸裂故障的主要原因为瓷套质量差和安装工艺不佳。

1.2 处理措施

瓷套炸裂的主要原因是瓷套质量差和安装工艺不佳，因此对发生过炸裂情况的同批次套管和被认定有“家族性”缺陷的套管，需要尽快予以更换。同时，在罐式断路器日常检修过程中应注意检查套管根部胶装部位，发现防水层受损时，应立即处理。

图1 瓷套胶装区域粘合不良

2 断路器内部放电

据不完全统计，近年来在全国范围内发生了16起LW13-550型断路器内部放电故障。2000年1月至2007年8月，某电力公司检修分公司负责维护的LW13-550型断路器共发生7起内部放电故障。

2.1 原因分析

通过对放电断路器进行解体检查，发现罐体内部均存在异物。异物来源大致分为3类：人为残留的异物；意外飞入的自然物；运行中产生的金属颗粒。人为残留的异物(如擦拭纸、吸附剂)主要是断路器在安装过程中工艺控制不严，将外界异物带入断路器本体内，密封时未取出；意外飞入的自然物主要是一些小飞虫，这类异物是安装过程中未采取遮蔽措施造成的，当小飞虫误入罐体内部后，作业人员清理时不易发现，最后将其密封在罐体内部；运行中产生的金属颗粒，大部分为细小颗粒，最大直径接近5 mm，这类异物是由于断路器制造工艺控制不严，在运行中由于摩擦、碰撞等原因产生金属微粒或应清理的螺丝孔未清理干净，在断路器分合闸操作振动下金属微粒脱落。

为了验证异物是否是导致放电的原因，对LW13-550型断路器进行模拟试验。试验表明，当试验电压为1 675 kV，断路器内部存在金属微粒(模拟颗粒5×1 mm)的情况下，无金属微粒处最大电场强度为25.5 kV/mm，金属微粒表面的电场强度为29 kV/mm，说明断路器内部存在金属微粒时将会大大降低内部绝缘强度。由于罐式断路器内部绝缘采用稍不均匀电场结构，当有异物存在时，会改变产品内部的电场结构，导致内部放电故障的发生。

2.2 处理措施

针对罐式断路器内部放电产生的原因，应彻底清除罐体内异物并保证运行中不再产生，同时增加设备绝缘裕度，具体措施如下：

a. 增加粒子捕捉器。在断路器本体底部加装粒子捕捉器后，断路器罐体内的金属微粒等异物在运动至静侧屏蔽罩附近时就会落入粒子捕捉器中，由于粒子捕捉装置的屏蔽作用，使金属粒子因失去电场的作用静止在捕捉装置中，减少粒子对内部电场的影响。

b. 将LW13-550型老式结构罐体及灭弧室全部更换为新型LW13A-550型罐体和灭弧室，对未更换部位彻底清扫。与旧罐体相比，新型LW13A-550型罐体直径由原来的900 mm增加至1 000 mm，绝缘裕度得到大大提升。

c. 对存在绝缘拉杆问题的设备返厂处理。

d. 对运行时间较长、设备部件老化严重的LW12-220型断路器进行整体更换。

e. 在产品技术条件满足的情况下，提升SF6充气压力。试验证明，LW13-550型断路器SF6充气压力由0.5 MPa提高至0.6 MPa时，绝缘裕度至少提高11%。

f. 对LW12-550型断路器进行灭弧室大修，确保内部清洁。重点检查处理静触头的镀银层和导向管表面漆层状态，若发现起皮脱落或其他异常现象，立即更换新零件。

3 断路器操作机构故障

罐式断路器操作机构出现故障时，最明显的表现是偷跳、拒分、拒合、合闸跳跃以及分合闸不到位等情况。2005年3月，某500 kV变电站1台LW12-220型断路器连续出现3起偷跳故障。

3.1 原因分析

某电力公司检修分公司罐式断路器发生的操作机构故障情况，见表1。

表1 操作机构故障统计

序号故障类型故障简介故障1拒分操作机构液压油劣化,导致阀体动作不畅所致故障2拒分操作机构液压油劣化,导致阀体动作不畅所致故障3拒分操作机构液压油劣化,导致阀体动作不畅所致故障4合后即分撞杆变形,造成分闸一级阀不能复位,断路器连跳故障5连续跳闸合闸挚子有卡涩,造成合闸绕组烧损故障6断路器拒合机构合闸保持挚子和扣板的轴不灵活,造成该相断路器拒合

从表1可以看出，此类故障主要是分合闸挚子损坏和液压油劣化造成的。CT20-III操动机构由于保持挚子处理工艺不当，脆性增加，在多次冲击后容易发生脆断，从而导致分合闸故障；液压油的劣化会导致液压系统工作环境变差，从而出现各种异常。

3.2 处理措施

a. 对LW12-550型液压操作机构全部进行大修一次，必要时开盖检修。

b. 对配有CT20-III弹簧机构的罐式断路器应加强运行监视，对于问题批次的CT20-III弹簧机构进行整体更换。

4 断路器罐体漏气

罐式断路器因其注气量多，内部压力大，在各密封面容易出现SF6气体泄漏情况。特别是LW56-550/Y 型断路器最容易出现漏气情况。某电力公司检修分公司共安装了6台该型号断路器，其中3台就出现了漏气情况。

4.1 原因分析

通过对漏气LW56-550/Y 型断路器的密封面进行解体检查，发现密封面内已进水受潮，腐蚀的金属部分所产生的金属氧化物破坏了密封垫的密封效果，见图2。分析该问题的原因为，设备生产厂员工在厂内组装及现场安装时，未严格执行厂方作业指导书要求，对接密封面防腐硅脂未注入或注入不合格。

4.2 处理措施

a. 要求设备生产厂派遣技术人员使用注入泵对LW56-550/Y 型断路器的所有密封面加注密封硅脂，确保硅脂加注均匀。

b. 当机构侧密封面漏气时，对LW56-550/Y断路器进行返厂处理。

图2 被腐蚀的密封面

5 结束语

目前，由于罐式断路器运行年限逐渐增加，设备零部件老化日趋严重，而且国内生产厂家的控制工艺及设计水平有待提高。在日常检修中，应加强套管防水胶和弹簧机构分合闸挚子间隙及外观的检查，在有条件的情况下，应采用红外检漏技术加强SF6断路器的日常检漏，同时，断路器现场安装过程中应特别注意做好防尘措施，保证罐式断路器的安全可靠运行。

参考文献：

[1] 黎 斌.SF6高压电器设计[M]．北京：机械工业出版社，2003.