关于6kV 2A段进线工作电源开关触头烧蚀原因分析与预防的探讨

关于 6kV 2A段进线工作电源开关触头烧蚀原因分析与预防的探讨

李念知

马鞍山当涂发电有限公司 安徽省马鞍山市 243000

摘要 本文主要针对发电企业厂用电供电系统的6kV高压真空断路器触头过热烧蚀故障现象，着重分析了6kV高压真空断路器触头运行中出现过热烧蚀的原因，阐释存在的异常问题，提出了异常问题的应对措施，进一步预防和确保6kV高压真空断路器触头安全稳定运行。

关键词 6kV；手车；高压真空断路器；过热；烧蚀

1 引言

我公司6kV 2A段进线工作电源开关为伊顿电气公司生产的120W-VACX40型中置水平手车式高压真空断路器，断路器额定电流和额定短路分断电流分别为3150A、40kA ,目前已在我公司6kV厂用电供电系统中运行长达12年。120W-VACX40型断路器内部机械机构为前置式安装，储能方式为弹簧储能型，这种前置式机构具有易于检查、维修方便、自身所需部件较少、真空灭弧室寿命长、弹簧储能机构可靠性高等特点，并且能够长时间运行而不会发生故障，因此在我公司6kV厂用电供电系统中得到广泛应用。我公司6kV 2A段进线工作电源开关与ET1-12型高压中置式开关柜配套使用，近几年中多次出现开关触头发热现象，在今年8月份2号机组临停检修中，发现6kV 2A段进线工作电源开关动、静触头出现过热烧蚀现象，断路器的触臂绝缘套管也出现过热发黑、烧熔痕迹。现本文针对6kV 2A段进线工作电源开关触头烧蚀原因进行分析，并提出相应预防措施，保证6kV高压真空断路器安全运行。

2 事件描述

2021年08月13日，我公司2号机临停检修期间，对6kV 2A段进线工作电源开关进行例行检查时，发现该高压真空断路器触头有过热烧损现象。进一步检查开关本体，发现开关本体B相下触臂靠近末端动触头处绝缘筒烧熔，动触头表面出现严重烧灼烧黑痕迹，动触头触指过热碳化，触指保持架弹簧熔断，同时，B相、C相上触臂防护罩出现受高温影响出现发黑情况。检查柜体内静触头，B相下部烧蚀较为严重，其余触头未见明显烧痕。具体图片见下图1、图2、图3。

图1 开关动触头触臂和绝缘罩壳

图2 开关B相下触臂动触头

图3 开关B相下部静触头

3 原因分析

6kV 2A段进线工作电源开关为伊顿公司生产的120W—VACX40型高压真空断路器，额定电流3150A，额定电压12kV，总重量260kg，开关动触头设计形式为触指接触式梅花插头，开关静触头为柱形插座式。动触头由保持架、压紧弹簧、64片触指等部分组成，每两片触指组成1对沿圆周均匀排列。为了使动触头平滑地与静触头进行接触，在静触头顶端设计了长度1cm的过度斜面。

动、静触头和断路器手车连接示意如下图4、图5、图6所示，

图4 高压真空断路器在检修和试验位置

图5 高压真空断路器在工作位置

图6 正常运行中动、静触头连接位置

3.1 直接原因

通过检查发现在B相下动触头与触臂接触部分烧灼最为严重，该处触指已整体碳化剥落，动触头上的压紧弹簧失效并分离出工作位置。停运母线查看B相下部静触头，发现其与动触头触指接触部分整体出现过热烧灼毛刺。因此判断，该高压真空断路器触头烧灼直接原因为动触头压紧弹簧疲劳，紧力下降，造成动触头触指与触臂接触紧度松弛，产生间隙，使得触指整体接触电阻增大，在运行过程中承受过高的温升使得弹簧特性变差，触头间的压力下降，接触电阻随着时间的推移而不断增大，接触不良的程度逐步加剧，使得在通入电流较大时发生过热，最终以触指接触一圈为起点，热量逐步向导电部位发散恶化，最终导致开关B相导电部分发生严重过热烧蚀。如下图7所示

图7 过热烧坏的高压开关动静触头

3.2 间接原因

1、6kV 2A段进线电源开关为伊顿开关厂家生产的初代产品，具有伊顿家族式通病，静触头在初代设计时总长度为97mm，后出具相关文件，要求将静触头总长度加长至107mm，增加动静触头咬合位置，由于该6kV 2A段进线工作电源开关未进行过静触头加长更换，动、静触头咬合位置存在缺陷。

2、开关本体B相下部静触头压紧弹簧因温度高而发生熔断，使得该动、静触头接触紧力进一步下降，接触电阻增大，接触点发热加剧，下部绝缘罩壳烧熔，同时热量沿着相间间隙向两侧延伸，使得B相和C相上部绝缘罩壳烧坏碳化发黑。

3、6kV 2A段进线工作电源开关处于墙角位置，空气对流较差，环境温度较高，散热效果不理想。

4 暴露问题

1、6kV 2A段进线工作电源开关已运行十多年，未能有效掌握设备劣化趋势，未做好开关触头压紧弹簧状态变化管理。

2、开关室内中央空调较差，设备所处环境散热效果不理想，虽已做好临时加装轴流风机辅助散热措施，但是未达到持续较好的散热效果。

3、未使用有效手段对开关温度状态进行监测，存在设备温度监测上的盲区。

5 解决方案及预防措施

5.1 解决方案

1、联系开关厂家紧急加工断路器三相损坏的触臂、动触头、静触头备件，到厂后进行更换。

2、重新更换断路器触臂绝缘套和动静触头，绝缘摇测保证相间绝缘可靠。

3、因断路器尚未发生短路，A、B、C三相真空泡做耐压试验，验证真空泡内真空度正常。

4、断路器A、B、C三相动触头上下断口做回路电阻试验，试验结果A相16.8uΩ，B相16.6uΩ，C相16.5uΩ，国家关于高压断路器预防性试验标准规定值为：不含动静触头，主回路电阻小于或等于45μΩ，由试验结果可以看出，均在合格范围内。

5、断路器动静触头合闸位置，做一次进出口母线整体回路电阻试验，试验结果A相为44.4uΩ，B相为37.9uΩ，C相为31.7uΩ，国家关于高压断路器预防性试验标准规定值为：含动静触头，主回路电阻小于或等于100μΩ，由试验结果可以看出，均在合格范围内。

6、检查新更换断路器动静触头咬合位置情况，达到15-25mm标准。

5.2 预防措施

1、因6kV 2B段进线电源开关也存在类似问题，考虑2B段进线开关目前未出现烧灼现象，但同样存在风险，加工动、静触头备件，利用后期2号机组临停消缺，对2B段进线开关进行更换，避免同类事件引起事故扩大。

2、2号机6kV两台进线电源开关已结合中修技改进行成套柜更换，开关及柜体整体换新，彻底消除伊顿开关备件停产带来的隐患。

3、加装无线测温装置，对重要开关动触头加装无线测温元件，在线监测断路器触头全天发热情况，提前发现异常，及时开展设备检修，避免事件扩大影响机组安全运行。

4、在6kV 2A/2B段开关室内增加大功率空调，增加制冷效果，提高空间散热能力，有效降低环境温度。

5、每次检修维护时，仔细检查触指和压紧弹簧外观，及时更换有烧灼痕迹或者紧固弹簧有损伤的触头。另外，对断路器动、静触头处涂抹导电膏，加强动静触头间的导电效果，同时，做好一次进出口母线整体回路电阻试验，确保回路电阻阻值符合标准，在合格范围内。动静触头之间接触电阻与触头间的压力息息相关，当压紧弹簧压力越大，它们之间的接触电阻阻值就越小，接触电阻越小，断路器在正常运行时的性能就越稳定。

6、定期对高压真空断路器真空灭弧室完好性进行检查，真空断路器中使用的真空灭弧室是可靠的分断元件，断路器的性能在很大程度上取决于真空灭弧室的完好性以及内部绝缘强度。这两个参数可以通过工频耐压试验来进行检查。试验标准见下表1，

表1 高压开关工频耐压试验标准

试验时电压从零开始上升，一直到试验电压为止，然后让它保持一分钟。真空灭弧室如果通过了高压试验，其真空度就是合格的。如果发生了击穿，就要通过分别试验将损坏的真空灭弧室找出来，并在断路器投入运行之前将真空灭弧室进行更换。

7、进一步提高高压真空断路器在使用过程中的管理维护工作，及时掌握劣化趋势，制定检修计划开展检查和测试。过程中注重检修标准和周期，同时，采取更加可靠的设备故障诊断技术来检测高压真空断路器的设备状态。

8、定期测量高压真空断路器三相触头的开距和超行程，建立设备档案，记录每次检查测量数据，通过调整使得高压真空断路器的开距和超行程符合规定值。

6 结束语

高压真空断路器在实际应用中比较广泛，这就需要在日常运行维护工作中，加强发现问题，解决问题的敏锐力，及时掌握设备变化趋势，不断总结经验教训，创新探索，运用科学的手段监测高压开关运行情况，确保高压真空短路器设备状态稳定，运行安全可靠。

参考文献

[1]孙春顺.电气设备检修[M].北京:中国电力出版社,2009.

[2]陈强，李庆民，丛浩熹，李劲松，行晋源.高压开关设备触头温度监测技术研究进展[J].高压电器，2015，51（9）：146-153.

[3]任振峰，张建忠.真空断路器触头发热原因分析[J].科技创新与应用，2015，（2）：82.

[4]吴梦泽，宋建成，高云广，陈姝姝.真空断路器真空度检测方法研究现状与展望[J].工矿自动化，2018，44（6）：6-10.