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摘要：针对10kV柱上断路器桩头在交接试验和生产运行时，出现的隔离桩头发热严重等问题，进行分析研究并提出了具体的改进措施和试验方法。经试验和运行证明：问题分析到位，对策正确，保证了10kV柱上断路器桩头的质量和运行可靠性及寿命，为电力系统的故障诊断分析提供了借鉴。
关键词：电气设备性能；柱上断路器；发热
1背景
国家电网公司变电检修管理规定（试行）第2分册里写出了断路器检修细则3.1.5.2关键工艺质量控制：外绝缘清洁、无破损，瓷件与金属法兰浇注面防水胶层完好，法兰排水孔畅通。Q/GDW 1168-2013 第5.7.1.3规定：检测套管本体、引线接头等，红外热像图显示应无异常温升、温差和/或相对温差。DL T664-2008《带电设备红外诊断应用规范》表A.1电流制热型设备缺陷诊断判据中规定：电气设备与金属部件的连接热点温度＞110℃或δ≥95%时属危急缺陷。
2案例简介
2.1 案例一：35kV某某变#2主变320断路器（柱上断路器）B相套管根部放电事件
2018年9月1日14时，运维人员在35kV某某变巡视时肉耳疑似听见轻微间歇性放电声。检修人员紧急赶往现场核查情况，发现放电声来自320间隔，但肉眼未见明显放电点，红外测温亦未发现发热缺陷。随后检修人员对320间隔申请紧急停电排查故障，停电后检修人员借助绝缘梯逐一对设备进行检查，最终发现320断路器靠3202隔离开关侧B相桩头根部有一烧灼黑斑，黑斑周围有白色放电痕迹。对该断路器开展诊断性试验，发现该套管对地绝缘电阻仅有4.3MΩ，其余套管均在5000MΩ以上，该断路器绝缘已损坏，需要更换。
在此之前，检修人员度夏期间发现该变电站320断路器靠3202隔离开关侧B相桩头严重发热，热点温度达210℃。2018年7月14日凌晨，检修人员对该桩头进行了发热处理，对桩头与线夹的接触面进行了打磨处理、涂抹导电膏等。处理完成后使用回路电阻测试仪对三相导电回路进行测试，直流电阻测试结果合格。送电24小时后对320断路器进行红外测温复测，发热点温度恢复正常，温度为28℃，三相平衡，无异常。但由于断路器箱体的遮挡，红外测温无法拍摄套管根部发热情况，这也正是9月1日当天无法肉眼观测到放电点的原因。
B相桩头发热红外图谱
35kV某某变#2主变320断路器参数。型号：ZW8-12/T1250-20；生产厂家：浙江紫光电器有限公司；出厂时间：2009年07月；额定电压：12kV；额定短路遮断电流：20kA；额定电流：1250A；断路器桩头为复合绝缘。
2.2 案例二：35kV某某变桐木线308断路器（柱上断路器）桩头放电烧损事件
2018年05月13日15时，运行人员在巡视35kV某某变电站时，发现10kV桐木线308断路器线路侧B相桩头存在明显放电声，同时伴随间歇性火花放电。运行人员立即申请将10kV桐木线308断路器转检修，并通知检修人员予以处理。当日检修人员赶到现场后对断路器进行了进一步检查，发现断路器B相桩头烧损严重，硅橡胶套管顶部已碳化。检修人员紧急采购了备品备件，于次日更换了308断路器B相真空泡及桩头，2018年05月14日17时30分，10kV桐木线308断路器送电，恢复正常运行方式。
35kV某某变桐木线308断路器参数。型号：ZW6G-12；生产厂家：湖南湘能高压开关有限公司；出厂时间：2009年07月；额定电压：12kV；额定短路遮断电流：20kA；额定电流：630A；断路器桩头为复合绝缘。
3 案例分析
3.1案例一解体分析
2018年9月05日，检修人员在检修室车间对320断路器进行了解体分析。拆下发生放电的B相套管及绝缘子，发现该型断路器套管顶部并无防雨帽。拧开套管顶部螺栓，发现螺栓下部硅橡胶存在受热、硬化现象。剥离外层硅橡胶，发现套管外部为硅橡胶复合绝缘材料，内部为SMC绝缘材料。
实验证明SMC绝缘材料长时间处于高温度条件下材料老化变质导致材料弯曲强度降低，如表1所示，在剥离硅橡胶过程中发现SMC绝缘材料顶部与发热点连接处由于高温弯曲强度极低（弯曲强度：指材料在弯曲负荷作用下破裂或达到规定弯矩时能承受的最大应力）。因此，SMC绝缘材料顶部在高温导致的弯曲强度降低与金属受热膨胀产生的应力两个因素下产生了微小开裂，进而累积发展成贯穿性开裂。
表1 SMC在高温作用下弯曲强度实验结果
180℃200℃220℃
老化时间/d弯曲强度/MPa老化时间/d弯曲强度/MPa老化时间/d弯曲强度/MPa
注：试验选取180℃、200℃、220℃为热暴露温度，选用弯曲强度降低到10MPa作为寿命终止数值，寿命界线值为30000h，数据来源于文献《SMC制品的耐热性评价》。
综上所述，故障原因为套管桩头严重发热导致套管顶部硅橡胶密封材料硬化、开裂，运行中从裂缝渗入雨水，SMC绝缘材料吸收潮气后受热膨胀而开裂，导致绝缘劣化，在套管根部产生局部放电，长时间的局部放电进一步导致绝缘劣化，最终放电烧损绝缘。
3.2案例二解体分析
2018年05月13日，检修人员在现场对烧损的308断路器桩头进行了检查，发现断路器桩头线夹为铜铝过渡线夹，铜面朝下，铝面朝上，线夹仅有一个固定孔，通过线夹上下铜螺栓紧固。导致断路器桩头烧损原因为断路器桩头与线夹接触面积过小，接触电阻过大，运行过程中桩头发热，长时间发热导致铝线夹融化，铝线夹融化后断路器桩头铜杆与线夹处于似接触未接触状态，产生间歇性火花放电，从而进一步加剧了断路器桩头的烧损程度。
4 监督意见及要求
（1）测温要求：对辖区内同类型柱上断路器加强红外测温，特别是高温高负荷下的红外测温排查，应从多角度进行拍摄，不仅要注意断路器桩头的电流制热型缺陷还应特别注意套管绝缘劣化导致的电压制热型缺陷，发现问题立刻整改。
（2）桩头连接方式要求：针对站内采用导电杆与线夹直接连接（点与面接触）的柱上断路器，结合停电加装抱箍线夹，抱箍线夹与引线线夹至少应采用两粒螺栓固定。抱箍线夹根据引线走向，分为垂直抱箍线夹和横向抱箍线夹，应合理使用。针对新采购的柱上断路器，应优先选用带抱箍线夹或其它能实现面与面接触连接方式的断路器，以降低后期运维检修维护工作量。
（3）桩头防雨要求：更换及采购此类型断路器时，尽量不采用桩头防雨帽或无防雨帽结构形式的断路器，建议优先采用桩头导电部分与绝缘材料有密封防雨罩的设备。
（4）发热消缺试验要求：鉴于一般的绝缘击穿缺陷往往是一个缓慢发展的过程，建议绝缘材料为复合绝缘设备的严重及以上红外发热消缺，发热处理后，不仅要进行回路电阻试验，还应进行绝缘电阻、外绝缘交流耐压（非断口耐压）等试验项目，以考核内部绝缘材料的绝缘性能是否合格。这也正契合了2018年《国网湖南电力运检部关于开展重要、重负荷设备特巡及测温工作的通知》中“对于距离绝缘材料大于30厘米的部位高于140℃，或距离绝缘材料小于30厘米的部位高于105℃，应立即分析处理”的要求，重点在“分析处理”！
参考文献：
[1]胡红光.隔离开关触头结构与发热原因分析[J].高电压技术，2015，5.
[2]国家电网公司变电检修管理规定（试行）第2分册[M].断路器检修细则.
[3]Q/GDW 1168-2013 《输变电设备状态检修试验规程》[S].2013.
[4]DL T664-2008 《带电设备红外诊断应用规范》[S].2008.
论文作者:成璇,瞿硕
论文发表刊物:《河南电力》2018年18期
论文发表时间:2019/3/13
标签：桩头论文; 断路器论文; 套管论文; 测温论文; 绝缘材料论文; 弯曲论文; 人员论文; 《河南电力》2018年18期论文;