摘 要：通过工作实践，介绍了LW6-110型户外交流高压SF6断路器存在的家族性缺陷及其造成此缺陷的原因进行了分析讨论，对从业人员重视开关特性试验，防止开关事故发生，提高断路器技术监督水平，有实际借鉴作用。
0、引言
高压SF6断路器液压机构采用的是航空油，基本上是不可压缩的，具有传递速度快、延时小、动作准确、输出力特性平稳、阻尼性好。但液压机构结构比较复杂，元件及外接管路接头多，管路长，死角多，管路中空气很难通过高压放油阀排掉，在死角处残留的空气会形成空气垫，对液压机构动作特性影响很大。每次年检预试中都会有几台开关特性试验不合格，这种因断路器运行一段时间油路中存在空气，造成合闸速度降低，威胁着断路器和系统安全运行，应引起高度重视。
1、LW6-110型户外交流高压SF6断路器试验发现的问题
110kV文石线166开关使用的是江苏如皋高压电器厂生产的LW6-110型户外交流高压SF6断路器。2000年7月8日投产以来，每次年检预试都发现该类断路器存在同期、合闸或分闸时间、刚合或刚分速度不合格的安全隐患问题，初次测试采用的断路器机械特性测试仪:成都多能电力LDCⅡ型开关特性测试仪。
2013年04月03日，检修公司试验化验班例行试验，其中三项数据均不合格(见表1)：a)、三相合闸不同期：10.49ms(不合格);b)C相刚合速度0.949m/s(不合格);c) C相超程70mm(不合格)。
表1 166开关处理前试验数据
项目名称ABC三相不同期(ms)厂家规定值
合闸时间
ms58.4356.5767.0610.49合闸时间≤90ms
合闸不同期≤5ms
分闸时间
ms29.1829.5929.570.41分闸时间≤30ms
分闸不同期≤3ms
刚合速度
m/s-4.5780.949-4 m/s±0.6m/s
刚分速度
m/s- 3.594-5.5 m/s～7m/s
合闸最大速度
m/s-5.6337.605--
合闸平均速度
m/s-4.8544.487--
分闸最大速度
m/s- 9.662--
分闸平均速度
m/s- 7.658--
开距
mm-11186-104 mm～111mm
超程
mm-3970-39 mm～47mm
总行程
mm-150156-149 mm～151mm
为了避免测试仪器和人员测试误差，测试仪更换为珠海恒泰GKC-HT型高压开关综合测试仪，现场试验人员采取反复多次测量，所测数据基本一致，排除实验设备和试验人员操作不当引起数据偏差。
2、LW6-110型户外交流高压SF6断路器故障原因分析
通过在166开关提升杆上安装传感器来测量开关行程和速度，以此做进一步的分析和判断。根据测试仪合闸行程曲线波形图可以看出C相的合闸速度在55ms～60ms之间时出现明显下降(约为1.103 m/s)，刚合速度降为0.949m/s，正常相B相合闸速度为4.5m/s左右。测试结果表明断路器存在严重的安全隐患。检查表压为32.7MPa(厂家规定值为32.6 MPa±1 MPa)符合要求，那么，刚合速度降低是什么原因呢?
通过分析：此型断路器管路接头多，管路长，死角多，管路中空气很难通过高压放油阀排掉，在死角处残留的空气会形成空气垫，造成压力传递不足，从而导致C相合闸时压力不足，合闸速度变慢，合闸时间变长。由此初步推断C相油管路存在气体，对液压机构动作特性造成影响。
3、不合格故障处理对策与排除方法
通过多年对此开关检修实践，总结出此故障的处理步骤方法：
a)断路器处于分闸状态，断开储能电机电源;b)泄压：首先用12寸板手将三级阀顶部的压阀螺杆往下拧，同时观察表压开始慢慢往下降时，就停止压阀螺杆再往下拧，当表压降到贮压器预充氮气压力(15℃)18+1.0 MPa，指针再向零压变化的瞬间，立刻将三级阀顶部的压阀螺杆往上拧，退回原来位置(以止位板为限);c)放掉C相合闸命令管中的气体。因供排油阀处于C相合闸命令管的尾部，且位置较高，C相合闸命令管中的气体主要聚集在供排油阀中，因无放气塞，故先拧松C相合闸命令管与供排油阀间的螺丝，拧松2-3牙丝至有油排出时，合上储能电机电源空开，起动电机打压，使表压力值维持在18MPa至20MPa左右，断开电机电源，这样既能保证液压油不断由高压力处往低压力处排泄又能保证排气处压力值不会太大而使供排油阀与合闸命令管的连接螺母不会被冲落，保证人身安全，与此同时通过不断的轻敲命令管使其内部气泡随油流动汇集到供排油阀处，之后再不断敲打供排油阀使累积在此的气泡能够随油一同排出，持续到气泡排尽;d)恢复已拧松的螺母，启动电机打压至额定值，让油路系统静置半小时再做试验;e)检查低压油箱油位是否正常，油位较低，则补充航空液压油，至正常油位;
按规定再次对166开关进行机械特性试验，得到A、B、C三相合格的数据(见表2)。为排除偶然因素，之后还进行了多次的分合试验，试验数据均符合厂家技术规定。
表2 166开关处理后C相合闸试验数据
项目名称ABC三相不同期
ms规定值
合闸时间
ms57.3855.6657.391.73合闸时间≤90ms
合闸三相不同期≤5ms
分闸时间
ms-----
刚合速度
m/s--4.474-4 m/s±0.6m/s
刚分速度
m/s-----
合闸最大速度
m/s--4.683--
合闸平均速度
m/s--4.338 -
分闸最大速度
m/s----
分闸平均速度
m/s-----
开距
mm--106-104 mm～111mm
超程
mm--44-39mm～47mm
行程
mm--150-149mm～151mm
4、不良机械特性对断路器和电力系统的影响
断路器分合闸三相同期差是断路器机械特性参数其中一项很重要的技术参数，要求不同期程度越小越好。断路器分合闸不同期，将造成线路及设备非全相接入或切除，在一定时间内造成两相或一相运行，产生不平衡的零序电压和零序电流，引起过电压危及设备绝缘或影响保护装置工作，对断路器触头也会造成烧伤甚至引起断路器爆炸。
三相分合闸不同期产生的原因主要是三相分闸时间或合闸时间不一致造成的。例如在合闸时，合闸慢的一相，合闸用时最长，动触头与静触头间还会产生推斥力，电弧不能尽快熄灭，将造成动静触头烧损，如果严重不同期，后接触一相的灭弧室的燃弧时间过度延长，在高温高压的作用下，将会引起断路爆炸。
速度是断路器机械特性的另一个重要技术参数，在合闸和分闸过程中，断路器的各个运动部件分别具有不同的运动速度，其中动触头的运动速度直接关系到电弧的熄灭，故用动触头的运动速度代表断路器的运动速度。
动触头的运动速度是变速的，在合闸或分闸过程中的各个瞬间都有着不同的速度值。
从断路器的电气性能考虑：要控制动触头刚刚分开瞬间的运动速度，使其在短时间内获得较大的触头断开距离，迅速拉长电弧，缩短燃弧时间，从而提高弧道的绝缘强度恢复速度，保证断流容量，减轻触头表面灼伤。同样也要控制动触头刚刚闭合瞬间的运动速度，以保证合闸能量，缩短燃弧时间，防止触头表面灼伤或熔接。
从断路器的机械性能考虑：要控制动触头的最大合闸和最大分闸速度，防止运动机构受到过度的机械应力，造成部件损坏或缩短运动机构的使用寿命，同时避免触头产生弹跳现象。因此制造厂及状态检修规程规定了断路器的刚合速度、刚分速度、最大合闸速度、最大分闸速度。
在无电压状态下，只能测量从发出命令(合闸或分闸电路接通)起，到断路器动触头和定触头刚刚接触或刚刚分开为止的一段时间，也就是合闸时间和固有分闸时间，动作时间的长短关系到迅速切除电力系统故障和迅速恢复电力供应，特别是分闸时间还直接影响到断路器的灭弧性能和电力系统的稳定。因此，制造厂及状态检修规程规定了断路器的合闸时间和固有分闸时间。
5、行程 超程 刚合速度 合闸时间之间的关系
断路器的合闸和分闸动作时间与运动速度密切相关，当行程合格，且运动速度符合规定时，动作时间也能够符合规定，但合闸时间符合规定未必刚合速度就能符合规定。
如166开关处理前测试C相合闸时间为67.06ms，符合厂家规定≤90 ms的要求，合闸时间是合格的，但刚合速度却为0.949m/s，不符合厂家技术要求规定的4m/s±0.6m/s范围，动作时间符合规定却不能肯定瞬间运动速度也能符合规定。
在本次166开关处理后测试刚合速度为4.474m/s，符合厂家技术要求规定的4m/s±0.6m/s范围，合闸时间为57.39 ms，也符合厂家规定，这说明运动速度符合规定，动作时间也能够符合规定。
原因分析：做开关特性试验时，有些专业人员认为只做时间这一项就可以了，时间合格，速度就自然合格，这种认识是错误的。所以对于开关特性测试，同期、速度和时间都要测试才能全面鉴定开关的性能和健康状况，才能对开关做出正确的状态评价。建议先测速度后再测时间，以免由于调整速度而重新进行时间测试。
从本次测试反映出来的问题来看，测试的超程数据并不能真实反映开关内部超程的真实情况。当放气后，刚合速度合格了，超程也变为合格了。这是因为超程是通过动触头插入过程中的平均速度与插入时间相乘算出来的，只有当刚合速度合格了，仪器计算出的插入行程才会合格，所以在刚合速度不合格时，测出来的超程是不真实的。
6、结语
在2013年的年检预试工作中又一次发现有3台该型号断路器存在该类缺陷，虽经过处理合格，但经过一段时间运行，油管路中又会出现气体，已反映出这类断路器存在严重的家族性隐患，如果在试验周期内因油路中出现气体造成断路器合闸速度显著降低，将会导致燃弧时间过长，触头表面灼伤或熔接，甚至产生断路器爆炸事故。因此我们认为对该型号断路器最好更换为弹簧机构的断路器，如不能够更换，做以下处理：
a)建议在停电检修中应加强对开关速度、时间、同期、行程、超程、弹跳等特性参数的全面测试，并缩短检测周期;
b)在每次测试中注意保存波形图和历次测试数据。认真分析断口波形图和行程曲线，从断口波形图上观察分析有无动静触头不对中引起的弹跳现象;从行程曲线图上分析动触头在运动过程中有无卡涩和停顿现象。
京公网安备 11011202001138号
