组合电器母线筒支撑断裂原因分析及处理

李伟 曹阳 邴冰天

摘 要：某新建220 kV变电站在投运2个月后，运行人员在巡视中发现220 kV母线筒发生断裂事故。该文针对该起母线筒断裂事故原因进行分析，经过厂家、专家、检修、运行人员一个多月的充分讨论、研究、准备，根据母线筒产生断裂的因素制定相应的对策，并按照制定的整改意见进行整改。设备改造后，通过运行人员一年的测量数据表明，母线筒位移基本忽略不计，说明针对断裂因素制定的措施非常有效，避免了母线事故的发生。该文对有组合电器母线筒位移、支撑断裂危险的单位有一定的借鉴作用。

关键词：组合电器 母线筒 支撑断裂 分析 处理

中图分类号：TM564.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）02（c）-0085-02

六氟化硫全封闭组合电器（简称GIS）用SF6作为绝缘和灭弧介质，把断路器、电流互感器、电压互感器、隔离开关、接地开关、母线、氧化锌避雷器等装置组装在封闭的金属壳体内，具有集成度高、占地面积小、故障率低等优点。但在运行中，笔者也发现因厂家设计、制造等原因，造成设备隐患的情况。

1 220 kV母线筒故障原因分析

该站220 kV组合电器出线间隔设备采用的是三相分箱的结构，母线采用三相共箱母线，也就是三相都布置在同一个母线筒中。分析此次支撑断裂原因如下：（1）组合电器处于室外，母线筒热胀是造成此次故障的直接原因。（2）母线筒膨胀补偿器（波纹管）设计不合理。该站220 kV单条母线长49 m，共有10个回路间隔，母线中间仅设计3个膨胀补偿器。通过现场测量，膨胀补偿器间最近距离9 m，最远距离11 m。（3）母线筒膨胀补偿器螺栓各侧螺丝拧死，相当于一段母线筒，造成波纹管起不到调节作用。（4）母线筒支撑结构设计不合理。（5）支撑母线筒底座的工字钢间全部焊接，相当于一个49 m长的工字钢，工字钢起不到热胀冷缩的调节作用。由于钢的膨胀系数大于铝的膨胀系数，甚至成为此次故障的帮凶。（6）母线筒U型支撑内部没有支撑结构，导致支撑壁随着应力方向倾斜。（7）双母线平行布置，且间隔距离大，导致母线吸收太阳光热量的面积增大。

2 66 kV母线筒无变形原因分析

66 kV组合电器设备采用的是三相共箱的结构，无单独的母线气室，母线气室与各间隔的母线刀闸共用一个气室。与220 kV组合电器相比，具有以下优势。

（1）出线紧凑，两个间隔距离近，间隔间都设有母线膨胀补偿器，能有效地吸收热胀带来的应力。通过现场测量，膨胀补偿器间最近距离1.2 m，最远距离3.5 m，远远小于220 kV膨胀补偿器间的距离。（2）双母线采用上下层布置。由于出线部分从南侧引出，已经挡住一部分太阳直射，上层母线又挡住部分阳光，下层母线吸收的太阳热量有限。（3）由于66 kV母线比220 kV母线筒轻得多，工字钢底座仅长50 cm，工字钢与母线筒间采用粗螺纹钢调节。螺纹钢可以随着热胀冷缩的应力轻微摆动，去除部分动能。（4）膨胀补偿器螺栓外部拧死，内部留有调节缝隙，可以有效调节温度升高带来的热胀应力。

3 制定对策

分析220 kV母线筒支撑断裂的原因，可以分为以下5方面因素，根据这些因素分别制定相应的对策。

（1）产品质量因素：产品质量不良，断裂处均为支撑与母线筒焊接根部。说明设备制造时焊接质量存在问题。对策：为防止热胀应力造成支撑断裂对母线筒产生影响，建议厂家更换合格的母线筒。新母线筒出厂前做好焊接检查，要求各项试验数据合格。

（2）设计因素：①母线膨胀补偿器设计过少，不能补偿热胀冷缩产生的应力。对策：对母线筒膨胀补偿器位置重新设计，每条母线增加3个。②U型支撑没有应对热胀冷缩应力的措施。对策：U型支撑内部两侧各焊接两个三角形支撑，以应对热胀冷缩应力。③U型支撑底部与工字钢间采用螺栓连接，支撑圆孔没有裕度。对策：支撑底部根据母线方向扩展为长方形圆角孔，保证热胀冷缩时，支撑可以在工字钢上轻度位移，减小对支撑的应力。

（3）施工因素：①膨胀补偿器各侧螺丝拧紧，补偿器失去作用。对策：重新调整螺丝，外侧定位螺丝紧固，并加装碟簧，内侧限位螺丝与隔板间留有3～5 mm缝隙。②安装人员对材料力学不清，母线筒底座的工字钢间全部焊接，相当于一个工字钢。对策：将工字钢断开，形成多个工字钢段。③装配时，安装人员责任心不强，没有按照施工工艺执行。对策：要求厂家派出素质强、业务精的售后服务人员到现场安装、检修、维护。

（4）验收因素：验收人员业务素质不高，责任心不强，没有及时发现膨胀补偿器各侧螺丝紧固的隐患。对策：加强运行人员对组合电器设备验收知识培训，主要是施工工艺、运行要求等。

（5）运行人员对设备隐患重视程度不够：运行人员在设备运行过程中，发现了母线位移产生的清脆的响声，也进行过查找，但没有找到原因，没有对隐患进行深入的排查，造成母线支撑断裂。对策：加强运行人员责任心培养和业务知识的培训。

4 处理情况

经过组合电器专家前期充分地讨论、论证、计算和精心准备，2013年11月，研究人员对该站220 kV两条母线轮流停电，全部处理各种隐患，主要工作就是：对支撑断裂的母线筒进行更换；每条母线新增3个膨胀补偿器；重新调节膨胀补偿器定位螺丝，并加装碟簧；U型支撑内部焊接4个三角形支撑；U型支撑底部圆孔改成长方形圆角孔；工字钢分段。

全部改造完成后，运行人员根据施工验收规范，认真地进行了验收，没有发现遗留隐患。

从2013年12月开始，至2014年11月份止，运行人员每月对两条母线两端各找一个观测点进行位移数据测量，数据如表1。

通过表1数据对比可以看出，去除人为测量误差、读数误差等因素，观测点位置位移基本为0，也就是说该治理取得了很好的效果，运行人员再也听不到热胀应力导致金属发出的清脆的“啪、啪”声。

5 几点建议

（1）建议厂家设计人员应充分考虑户外组合电器在阳光下暴晒产生的热应力，合理配置膨胀补偿器位置和个数。（2）建议厂家改进220 kV组合电器母线支撑结构设计，使母线筒支撑能够吸收热胀冷缩产生的应力。（3）安装人员应严格遵守设备施工验收规范和制造厂规定，母线伸缩节按要求调整伸缩缝。（4）验收人员应熟悉设备验收规范各项要求，严格按照规范进行质量验收。

6 结语

通过对某220 kV变电站组合电器U型支撑断裂原因的分析，找出了设备故障原因，并针对原因制定相应的措施。设备改造后，通过运行人员记录一年的位移数据，表明隐患已经得到彻底的治理，确保了设备安全稳定运行。

笔者将220 kV母线筒断裂原因及采取的措施总结出来，供有同样设备隐患的单位做参考。

参考资料

[1] 艾新法，郝曙光.变电设备异常运行及故障分析图册[M].北京：中国电力出版社，2011.

[2] 罗学琛.SF6气体绝缘全封闭组合电器（GIS）[M].北京：中国电力出版社，1998.

[3] 周庆祥.750 kV和330 kVGIS母线筒支撑存在问题分析[M].电力安全技术，2014，16（3）：35-37.