LW6－220型断路器绝缘拉杆脱落分析

马虎涛，黄章强

(中国南方电网超高压输电公司，贵州 兴义 562400)

1 前言

高压断路器不仅可以切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流，而且当系统发生故障时通过继电器保护装置的作用，切断过负荷电流和短路电流，它具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力。而当断路器本身故障失去应有切断电流的能力，将可能造成其他电力设备损害或者给电力系统稳定造成威胁。

某换流站某个LW6－220型断路器B相在断路器处于分闸状态下仍然带额定电压，对其进行试验，发现B相在分闸、合闸状态下回路电阻均为50 μΩ左右，说明断路器B相在分闸操作后并没有实际可靠分开，主回路仍然处于正常导通状态。进行解剖后发现为绝缘拉杆脱落。

2 LW6－220型断路器结构简介

2.1 LW6－220型断路器总体结构

LW6－220型断路器每相主要由灭弧室、均压电容器、三联箱、支柱、联接座、密度继电器、动力单元等部分组成 (见图1)。每组断路器有一个集中的操作机构，内有控制阀、油压开关、电动油泵、手力泵、防震容器、辅助贮压器、信号缸、辅助开关、主油箱等元件，完成打压及分、合闸命令。

2.2 绝缘拉杆与触头连接结构

LW6－220型断路器支柱内有一根直径约5厘米的绝缘拉杆，其顶端与三联箱下方“上连杆”延伸至支柱内的铝接头通过S型弹簧，再填充环氧树脂作为连接媒介进行连接。S型弹簧共6圈，钢丝直径约4 mm。

图1 LW6－220型断路器外形图

3 原因分析

3.1 材料原因

绝缘拉杆和上连杆之间通过填充环氧树脂进行固化。环氧树脂的老化脱落导致绝缘拉杆无法与上连杆稳定固定，在断路器动作过程中就会出现绝缘拉杆脱落现象。环氧树脂作为固化剂本身是一种化学物质，化学物质在特定的环境下会老化，影响固化的环氧树脂老化的因素主要有以下四方面:

1)断路器操作的高强度机械应力影响，断路器在分合过程中绝缘拉杆受到上下的机械应力:LW6－220型断路器运行额定压力P=32.8 MPa，工作缸活塞直径d1=60 mm，工作缸活塞杆直径d2=22 mm，S型弹簧共有6圈。

绝缘分闸时拉杆所受力:

式中:F:分闸绝缘拉杆所受的力kN

P:液压油压力328 kg/cm2

d1:工作缸活塞直径cm

d2:工作缸活塞杆直径cm

S型弹簧总共有6圈，每一圈所受的力为F/6=13.3 kN，相当于1吨多的重量瞬时施加在每一圈的弹簧上，S型弹簧将力施加在环氧树脂上，虽然绝缘拉杆和上连杆上有螺纹，但是在环氧树脂完好时，这些力完全施加在环氧树脂上，这就加速了环氧树脂内部结构的破坏，导致其加速老化。

2)断路器的高电场环境影响，LW6－220型断路器运行电压为220 kV，上连杆带有220 kV电压，环氧树脂长时间在此种电场环境下其内部组织结构会物理变化，改变其原有的物理特性。

3)高温影响，天生桥换流站所属亚热带高山气候，年平均气温16℃，夏季地面直射温度常常在40℃以上，高温环境促使环氧树脂老化。

4)断路器内SF6分解产物的影响［1］，LW6－220型断路器的三联箱和灭弧室正常情况不联通，但是通过绝缘拉杆的缝隙有微量的SF6气体能够互相流动，灭弧室内SF6分解产物进入三联箱，SF6分解产物主要是硫化物，对环氧树脂具有极强的腐蚀性，虽然环氧树脂的抗腐蚀能力很强，但是在长期腐蚀作用下也会加速环氧树脂老化。

综合上述分析，环氧树脂在高强度机械应力、高电场环境、高温、断路器内SF6分解产物的影响下会加速老化，环氧树脂老化后就不能起到绝缘拉杆和上连杆的固定连接作用，从图3中可以看出，故障的绝缘拉杆和上连杆之间填充的环氧树脂早已经粉化脱落，在断路器分合闸过程中绝缘拉杆旋转脱落。所以环氧树脂作为绝缘拉杆和上连杆连接的固化材料是导致绝缘拉杆松脱的重要原因

3.2 工艺原因

通过LW6－220型断路器结构可以分析出，绝缘拉杆和上连杆之间的连接是模拟螺柱和螺帽的原理，同时给S型弹簧里面填充环氧树脂进行固化。在进行填充环氧树脂时使用机器热填充，而填充的空间是一个密闭空间，在填充的时候只有一个环氧树脂进口，没有排气口，这样就需要工作人员的素质和水平很高，所以在一般填充过程中或多或少都会有气泡夹杂在环氧树脂里面，这样就会导致环氧树脂不能充分填充，使连接部位强度不够。

虽然环氧树脂内夹杂了气泡，机械强度不够，但是在一定时期内不会影响断路器的正常运行，只是达不到运行年限，所以在断路器运行很多年后才会发生由于这一工艺原因引起的缺陷。由于受当时工艺水平的限制，这一缺陷被隐藏，工艺水平是导致绝缘拉杆松动的另一重要原因。

3.3 结构原因

LW6－220型断路器机构为液压机构，绝缘拉杆和活塞杆相连接，活塞杆是靠液压油的传动进行动作，液压油属于液体在活塞内的流动具有任意性，不只有横向的推力，还会产生纵向的旋转力，旋转力的方向不定，这样液压油会对绝缘拉杆产生旋转力，

LW6－220型断路器绝缘拉杆和上连杆之间的连接主要靠S型弹簧和厌氧胶的固定，此型号的产品主要仿制法国MG公司产品，MG公司原型号断路器绝缘拉杆是在端头胶装部位加有定位销［2］，加装定位销是防止绝缘拉杆自由转动，由于LW6－220型结构上的缺陷导致在长期运行状态下，随着环氧树脂老化，固化作用的减弱，绝缘拉杆受旋转力的作用，又没有其他定位方法的情况下发生绝缘拉杆松脱现象。

在LW6－220型断路器绝缘拉杆和上连杆连接部分本身存在材料、工艺、结构缺陷的情况下，经过长时间的运行 (大概10年)后陆续出现绝缘拉杆脱落现象。

4 预防措施

4.1 绝缘拉杆松动的直接检查

绝缘拉杆之所以能够松动还是由于拉杆有转动，拉杆有转动只有在断路器动作的时候，所以每次停电或者断路器动作的时候都应该对绝缘拉杆进行检查确保LW6－220型断路器的可靠运行，这里检查分为两种:一种为停电检查，另一种为不停电检查。

1)停电检查:进行绝缘拉杆松动检查，检查方法为:首先将断路器操作至检修状态，并将断路器液压系统压力释放，再将该类型的断路器分合闸指示牌观测窗打开，使用22 mm的开口或者梅花扳手，将扳手套在绝缘拉杆和下连杆连接的法兰螺丝上，从下往上看顺时针扳动扳手根据转动的情况判断绝缘拉杆松动情况，只要绝缘拉杆有松动一般都认为此断路器处于故障状态不能够再投入使用。

2)不停电检查:在重合闸或者在断路器操作后不停电的情况下，对该型断路器绝缘拉杆进行标识检查，检查绝缘拉杆是否松动。

从试验数据可以看出，因为绝缘拉杆松脱，断路器的合闸行程变短，分闸行程变长，因此，合闸时间小于正常相值，分闸时间大于正常相值。将绝缘拉杆恢复到位后，动作时间于正常相相差不大，三相动作一致。同时可以看出，松脱越多，动作时间的变化量越大。因此，预防性试验测量断路器动作时间时，应与交接试验值进行比较，当动作时间超过1 s以上时应及时进行检查，提早发现设备缺陷。

5 结束语

LW6－220型断路器现在已经运行十几年，该型号的绝缘拉杆松动正处在高发期，分析LW6－220型断路器绝缘拉杆松动原因，采取相应的预防措施，才能保证设备安全可靠运行，才能保证电力系统安全稳定运行。通过我们介绍的检测方法，一旦发现绝缘拉杆松动，根据应急方案采取措施，立即对故障设备进行处理，做到早发现、早处理、早运行。但是最好的措施是对现在有的LW6－220型设备进行全面处理 (大修或更换)才能使绝缘拉杆松动隐患彻底排除。

［1］丁著明，吴良义，等.环氧树脂的稳定化 (Ⅰ)环氧树脂的老化研究进展 ［J］.热固性树脂，2001，16(5):34－36

［2］郭若颖，潘富国，侯恩华.LW6－220型开关绝缘拉杆脱落分析［J］.山西焦煤科技，2005，6:47－48