一起110kV断路器灭弧室瓷套异常发热分析与处理

摘要

国网湖南省电力有限公司湘潭分公司的研究人员黄灵资、刘昊等，在2018年第11期《电气技术》杂志上撰文，针对一起110kV断路器回路电阻偏大导致灭弧室瓷套发热异常故障，结合断路器红外检测图谱温度显示情况，通过对其进行SF6气体检测、回路电阻测试、动态电阻测试以及升流试验，分析诊断故障原因，并解体验证诊断结果的准确性，为断路器故障诊断和运行维护提供了科学依据，并对断路器的运行维护提出建议。

高压断路器异常发热，是断路器的主要缺陷类型，由于发热引起的设备故障近几年屡见不鲜，已造成多起设备停运事故，因此利用SF6气体检测、回路电阻测试[1]、动态电阻测试以及升流试验等多种试验手段对断路器的异常发热进行分析诊断，确定故障原因，提前将故障隔离，对保证电网安全运行具有重要作用。

在对某110kV变电站一次设备进行红外测温的过程中发现某110kV断路器[2]A相灭弧室瓷套异常发热[3]，与正常相相同位置温差为1K。根据DL/T 664—2008《带电设备红外诊断应用规范》[4]：瓷绝缘子温差超过1K，即为电压致热型缺陷，初判断该断路器A相灭弧室瓷套存在严重的电压致热型缺陷。其红外检测图谱如图1所示。

图1  110kV断路器灭弧室瓷套红外检测图谱

该断路器[5]灭弧室瓷套为瓷质绝缘子，在缺陷发现前的历次红外检测中，三相灭弧室瓷套温度分布均匀，相同位置温度无明显差异。造成本次温度分布异常的直接原因为灭弧室存在过热，而存在的热量可能为灭弧室某部位接触电阻过大产生。

灭弧室接触电阻过大原因可能是：①触头压紧弹簧疲劳或失效，动、静触头接触压力不合格；②动静触头材质不良，在短路电流电动力作用下形变或疲劳形变，表面氧化；③中间触头与支撑件及动触头接触不良；④开断短路电流后，弧触头烧熔变长，传动部分时间长后运行不到位，导致虚假的接触行程。

1  故障设备简介

该断路器型号ZCN8-126（L）额定电流为2000A，额定电压为126kV，雷电冲击耐受电压为550kV，额定SF6气压为20℃ 0.6MPa，操作顺序O-0.3S-CO-180S-CO，额定短路开断电流40kA，总行程为150± 4mm，超程为25+3/2mm。

2  综合诊断试验

为找出灭弧室[6]瓷套异常发热原因，对该断路器[7]的接线板、瓷套管、躯壳等进行外观检查，未发现异常。接着对其进行电气试验，试验项目包括：SF6气体检测、回路电阻测试、动态电阻测试以及升流试验。

2.1  SF6气体检测

A相灭弧室SF6气体检测数据分别见表1、表2。

表1  A相灭弧室SF6分解产物数据

表2  A相灭弧室SF6纯度和湿度数据

通过对SF6[8]分解产物、SF6纯度和湿度检测，发现数据均无异常。

2.2  回路电阻测试

对断路器A、B、C三相分别进行回路电阻，测试数据见表3。

表3  回路电阻测试数据

通过回路电阻测试，B、C相与2013年测试结果相比无明显变化，A相与2013年测试结果相比，增大了500%，厂家规定值为≤50，严重超过规定值。回路电阻是采用大电流直流降压法测试，且接线板已打磨光滑，接线处氧化层对测试结果的影响可以忽略不计，B、C相测试数据合格也证实了这一点。故A相回路电阻增大原因为动静触头接触电阻过大，是危急缺陷，需立即停止运行。

2.3  动态电阻测试

动态电阻测试[9]的原理即在断路器断口两端施加一个瞬时恒定大直流电流，电流流过断路器主触头和弧触头时的电流值是变化的，通过测量其电流变化的过程，配合对断路器合、分闸速度的测量，计算出弧触头电阻值及弧触头超出主触头的长度。动态电阻是指弧触头的接触电阻，它需要在设备合、分闸的动态过程中测量，以此反映弧触头的烧损情况。

2016年12月22日，对故障断路器进行动态电阻测试，动态电阻测试图形分别如图2至图5所示。

图2  断路器A相弧电阻

对正常相B相进行动态电阻测试，动态电阻测试图形如图3所示。

通过动态电阻测试，A相弧电阻最小为61，B相位最小为52，且A相动静触头接触过程的动态电阻波形与标准波形相比幅值变化更加剧烈。初步可以判断该断路器弧触头状态不良，需将A相灭弧室解体进一步分析。

图3  断路器A相动静触头接触过程的动态电阻波形

图4  断路器B相弧电阻

图5  断路器B相动静触头接触过程的动态电阻波形

2.4  升流试验

对断路器A相进行升流试验，试验接线图如图6所示。所加电流为400A，时间为2h。

图6  断路器A相升流试验接线图

通过升流试验对断路器进行红外测温，A相灭弧室瓷套升流2h后，较B相灭弧室相同位置瓷套温升高0.7℃，验证了断路器A相灭弧室异常的判断。

3  处理措施

为进一步深入查找问题，决定将该相断路器的灭弧室解体检查。对断路器A相灭弧室进行解体，解体后的静触头如图7所示。

图7  110kV年丰变504断路器A相静触头

从图7可以看出，该静触头的主触头存在严重烧蚀痕迹，当断路器工作在合闸状态时，会导致动静触头间合闸电阻偏大，在电流的长时间作用下，导致接触部分发热，热量通过导电杆传递至灭弧室顶部。

对A相断路器静触头进行更换，在不装配瓷套的情况下，模拟断路器合闸位置进行回路电阻测试如图8所示。

图8  A相模拟断路器合闸位置回路电阻测试图

通过回路电阻测试，A相模拟断路器合闸位置回路电阻为14，合格。按照产品装配工艺，重新恢复组装灭弧室，对所有的零部件进行了擦拭、清理后，组装为一个完整的灭弧单元，进行回路电阻测试，A相回路电阻值为31，复测B相为30，复测C相位为30，符合回路电阻≤50的设计要求值。

结论

本文通过对一起l10kV断路器回路电阻故障的处理，详细阐述了对断路器进行综合试验、故障分析的过程和方法，为断路器的故障诊断提供了科学参考方法。对断路器的运行维护提出以下建议：

1）加强日常红外测温[10]巡视工作，对于不满足规程要求的缺陷，及时发现和解决隐患。

2）对同类型、同批次设备进行排查，便于统计、跟踪，及时掌握设备运行状况。

3）对运行时间较长或累计故障开断电流较大的SF6断路器进行动态电阻测试，并结合运行情况予以综合评估，确定是否需要解体大修。