謝金鵬，張素慧，李 軍，滕玉林，孫賀斌

(1.甘肅電力科學研究院技術中心有限公司,甘肅蘭州 730070；2.國網甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅蘭州 730070)

0 引言

隨著超高壓、特高壓的快速發(fā)展，GIS，HGIS、罐式斷路器等裝設合閘電阻的開關設備被廣泛應用[1-2]。由于電壓等級高，絕緣配合要求苛刻，操作過電壓限制值更低，因此750 kV及以上電壓等級線路斷路器均采用帶合閘電阻結構，用以抑制斷路器分合閘過程中的合閘涌流與暫態(tài)過電壓[3-9]。

1 概況

由于現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)某公司生產的LW13-800型罐式斷路器的合閘電阻片存在斷裂情況，為避免因合閘電阻片破損放電引起電網事故并帶來危害和經濟損失，因此，對某750 kV變電站內的罐式斷路器進行了開罐檢修，對失效的電阻片進行了更換。為了查找失效原因，排除隱患，提出預防措施，防止同類事故發(fā)生，對失效的合閘電阻片取樣進行了試驗分析。

2 試驗

某公司生產的LW13-800型罐式斷路器，其滅弧室為雙斷口結構，2個斷口完全對稱，2組合閘電阻堆對稱裝配于斷口靜側，通過電阻觸頭的分、合操作投入或退出運行，其結構如圖1所示。

圖1 LW13-800型罐式斷路器結構

該公司使用的陶瓷電阻片主體由黏土、氧化鋁和碳3種成分混合成型，采用粉末冶金工藝燒結得到圓片瓷體。電阻片的兩端平面噴鋁，表面均勻、平整、致密；電阻片的圓柱面上噴涂有耐電性能高、耐SF6分解物的涂層，以提高在空氣或SF6氣體中的絕緣可靠性。合閘電阻堆為6柱串聯(lián)式結構。每一件電阻片串聯(lián)裝配在絕緣桿上，絕緣桿的兩端為螺紋結構，一端與連接板直接連接，另一端裝配有彈簧、連板和螺母。螺母與絕緣桿緊固時，通過連板壓縮彈簧，彈簧的彈力即施加在電阻片之間，保證電阻之間可靠導通。6柱電阻串裝配完成后，用連接板和銅板串聯(lián)，隨后通過絕緣支撐裝配于滅弧室靜側法蘭之上。

2.1 宏觀檢查

對破損的具有明顯特征的合閘電阻片進行斷口復原并進行宏觀檢查，其中破損位置及宏觀形貌如圖2所示，表面噴層色澤分布不均勻，部分區(qū)域發(fā)黑發(fā)亮，與金屬支架接觸面?zhèn)鹊谋砻婀灿?處破損位置，如圖2(c)所示。圖2中A側為緊貼合閘電阻片支架根部的一側。

圖2 破損位置及宏觀形貌

位置①處破損碎片位置復原后宏觀形貌如圖2(a)①所示。從破裂處電阻片上表面可以看到一條長約10 mm、寬約1.5 mm的區(qū)域，該區(qū)域表面發(fā)亮具有明顯的金屬光澤，不同于未受損位置呈顆粒粗糙的噴層表面，表明該位置承受了較大的局部應力；破裂處下表面也可以看出局部區(qū)域表面噴層具有同樣的金屬光澤，表明該區(qū)域電阻片兩個表面均承受了較大的局部應力。另外，在位置1處A側主斷裂面旁邊還可以看到與其基本平行、大小不等的三條裂紋。

位置②破損處宏觀形貌如圖2(a)②所示。從A側表面也可以看出明顯金屬噴層受到壓力和磨擦表面發(fā)黑的區(qū)域，且有長8 mm、寬1 mm的電阻片掉落，表明該區(qū)域同樣承受了較大的局部應力。

位置③和④破損處宏觀形貌分別如圖2(a)③及2(a)④所示?？梢钥闯鰞H在電阻片邊緣有部分綠色絕緣涂層掉落，且涂層掉落位置附近處同樣有具有表面鍍鋁層發(fā)黑區(qū)域，表明該區(qū)域承受較大的局部應力。

圖2(b)為碎片斷面，可以看出斷面表面粗糙，有放射狀紋理，放射狀條紋沿箭頭方向匯聚，匯聚處為裂紋起始位置。

綜上所述，根部第一片電阻片與支架貼合時，表面受力不均，局部區(qū)域承受較大應力，導致電阻片邊緣呈不同程度的破損。

2.2 微觀形貌分析

為了解電阻片表面鍍鋁層、石墨燒結材料、外周絕緣層材料形貌和成分，對電阻片掉塊部位及附近區(qū)域取樣進行掃描電鏡形貌及能譜分析。

2.2.1 SEM分析

通過合閘電阻片表面鋁合金噴層壓痕處掃描電鏡微觀形貌可以看出，電阻片鍍鋁層原始表面粗糙，凹陷部位表面呈顆粒狀分布。而壓力和磨擦作用致使表面突起部位變得平整光滑，部分區(qū)域鍍鋁層帶有明顯沿圓周方向的相對磨擦變形痕跡。

2.2.2 EDS分析

為確定電阻片表面噴層，邊緣絕緣涂層及機構側根部第一片缺損部位填充物的成分，對上述樣品在掃描電鏡下進行了能譜分析。結果顯示電阻片表面鍍鋁層相對完好的區(qū)域及受擠壓變形區(qū)域所包含的主要元素為鋁，但受擠壓磨損變形區(qū)所含其他雜質元素種類較多，這和與其相接觸材料中所含元素及環(huán)境中其他雜質元素的污染有關；從掉下碎片中絕緣材料涂覆層和機構側根部第一片電阻片缺損部位填充物取樣的能譜分析結果來看，兩種材料所含元素成分及比例基本相同，說明缺損部位填充材料與涂層材料相同或相近。

2.3 材質分析

如表1所示，該750 kV變電站石墨電阻片表面涂層為鋁材，Al平均含量為97.215 %，Si平均含量為1.647 %，而表面涂層存在石墨裸露處平均Al含量為98.314 %，Si平均含量為0.759 %。對7751C機構側根部第一片石墨層帶區(qū)裸露劃傷較嚴重處進行光譜分析，可知，其Al平均含量降低為73.327 %，Si平均含量提升至24.134 %，另外對7550C機構側根部第一片斷口石墨處進行光譜分析可知，Al平均含量為56.923 %，Si平均含量為40.733 %。

表1 樣品元素含量(質量分數(shù)) %

2.4 X射線檢測

對失效合閘電阻片進行了X射線檢測，從電阻片軸向X射線檢測影像可見部分邊緣破損，電阻片內部材料均勻完好，未發(fā)現(xiàn)缺陷。從電阻片側面進行透照檢測時，斷裂面與射線透照方向平行的裂紋可被發(fā)現(xiàn)，當斷裂面與射線透照方向成一定角度時，裂紋或斷裂很難檢出。

結合檢測人員在±800 kV祁連換流站對同一廠家的罐式斷路器合閘電阻片拍攝情況，可以發(fā)現(xiàn)該廠家生產的罐式斷路器里的部分合閘電阻片貼合不好，存在空隙，電阻片疊裝不夠緊密。

3 結論與建議

3.1 合閘電阻片失效原因

(1) 合閘電阻片的破裂原因為表面局部接觸受力不均，造成局部區(qū)域壓應力過大，導致電阻片邊緣相對薄弱部位發(fā)生破損。

(2) 該廠家生產的罐式斷路器部分合閘電阻片與支架端部壓板貼合不良存在間隙，電阻片疊裝不緊密，導致電阻片接觸面受力不均，局部區(qū)域壓應力超限。

(3) 因電阻片與金屬支架或相鄰電阻片局部接觸，接觸部位電流密度和溫升增大，產生局部溫差應力，也是造成電阻片局部開裂和鍍鋁層起皮脫落的重要因素。

3.2 建議

(1) 優(yōu)化罐式斷路器合閘電阻結構設計，在保證電阻片間接觸良好及導流能力的前提下，減少電阻片邊緣薄弱區(qū)域的受力，保證整個接觸面壓緊力均勻。

(2) 利用停電機會對該類型罐式斷路器合閘電阻片進行檢查、更換和改造。

(3) 對電阻片表面和支架表面平整度、噴層厚度進行出廠檢測和技術監(jiān)督，以保證電網設備的安全穩(wěn)定運行。