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220 千伏断路器连接处脱落原因分析　　

热度0票浏览10次时间：2021年11月10日 10:12

　　1.河南平芝高压开关有限公司，467013；2.河南平芝高压开关有限公司，467013；3.平高电气股份有限公司，河南平顶山，467000）

摘要：对一起 220 千伏断路器的灭弧室和操作机构之间连接部脱落的事故进行分析，探究其连接形式是否合适，并推测故障部位出现的可能原因。从灭弧室和操作机构连接处图纸结构开始，通过计算和实际应力试验分析，确认设计结构可靠，定性故障为个例，为变电站的可靠运行提供依据。

　　关键词：220kV 断路器；连接部；脱落

　　Analysis on the reason of the connection falling off of 220 kV circuit breakerShen xue-yin，Yu Wei-jie

　　State Grid Pinggao Group Co.，Ltd.，Henan，Pingdingshan，467000ABSTRACT：This paper analyzes an accident of the connection part falling off between the arc extinguishing chamber and the operating mechanism of220 kV circuit breaker，explores whether the connection form is appropriate，and speculates the possible causes of the fault location.Starting fromthe drawing structure of the connection between the arc extinguishing chamber and the operating mechanism，through calculation and actualstress test analysis，it is confirmed that the design structure is reliable.Qualitative fault is taken as an example to provide the basis for the reliableoperation of the substation.

　　KEY WORD：220kV circuit breaker；connecting引言

　　SF6 气体封闭式绝缘断路器由壳体、灭弧室和操作机构组成。灭弧室安装在充满 SF6 气体且接地的壳体中，灭弧室与操作机构相连，根据操作工况的需要设计出不同的连接方式。断路器可分为单相操作、三相电气联动和三相机械联动两种形式。操作机构根据储能形式的不同可分为液压机构、弹簧机构和气动机构，为了开断各种工况下的电流，机构需要输出合适的操作工，配合灭弧室输出合理的分、合闸速度曲线。灭弧室的运动速度通常很高，为了减少撞击，避免零部件的损坏，机构还需要装设分、合闸缓冲器。断路器设计的重要一环就是机构与灭弧室的匹配设计。

　　1 故障概述

　　某 220kV GIS 变电站在停电进行例行检修时发现，有一套管出线间隔 B 相断路器机构的拉杆连接处脱落，如图一所示。经检查确认，机构的拉杆位于分闸位置，灭弧室位于合闸位置。故障断路器的生产日期为 2008 年，三相电气联动，液压操作机构。

　　图一：机构与灭弧室连接处脱落

　　2 故障断路器拆解

　　现场将故障断路器返回生产厂进行拆解。经检查，灭弧室内部无撞击、无卡滞、

　　螺栓紧固未见松动，灭弧室装配无异常；液压机构的输出轴运行距离在设计范围内，机构无撞击、无卡滞，装配无异常；液压机构与灭弧室连接处螺纹有明显的破坏划痕，如图二所示。

　　图二：液压机构与灭弧室连接处螺纹破坏

　　3 原因分析

　　脱落的连接部装配结构如图三所示。由#2：拉杆、#4：接头、#5：

　　M14X1 螺母、#7：碟型垫片、#8：紧定螺钉组成。

　　图三：连接部的装配状态

　　液压机构的分、合闸输出功通过#2 拉杆与#4 接头之间的连接螺纹M14X1 来传递。由于液压机构输出力为交变载荷，此处防止装配松动是设计的重点。图纸装配在防松上有如下三重措施。

　　1）、#5 螺母上加力矩 110N·m 紧压#4 接头，且在#5 螺纹处涂防松胶防止松动。

　　2）、在#4 接头与#5 螺母之间加#7 碟型垫片，保证预紧力，进一步防松。

　　3）、在#4 接头中追加紧定螺钉#8，且紧定螺钉涂防松胶。

　　为了验证正常装配时，上述结构是否满足设计需要，对故障断路器更换受损零部件后进行复装，在图三中 A 点位置粘贴应变片，用以测量计算出拉杆#2 的受力情况。通过进行应变片测量试验，计算出#2拉杆的受力曲线：

　　图四：分闸过程中拉杆受力计算曲线

　　图五：合闸过程中拉杆受力计算曲线从计算结果可以看出：分闸过程中，拉杆先受拉力再受压力，最大拉力为 4950N，最大压力为 1335N。合闸过程中，拉杆先受压力再受拉力，最大压力为 945N，最大拉力为 1140N。

　　连接部螺纹的理论旋合为 14 圈，因为旋合的各圈螺纹受力不均，取有效圈数为 7 圈进行最大拉力时的受力分析。其中配合螺纹为M14X1，查表知：大径为 14mm，中径为 13.35mm，小径为 12.92mm。

　　计算得：牙底宽 b=0.75 螺纹工作高 h=0.63（取间隙为 0）110N·M 的螺栓预紧力矩产生的预紧力为(取 K=0.22)：

　　Mt=K×P0×d×10-3kgf.m

　　K：拧紧力系数 d：螺纹公称直径 P0：预紧力

　　计算预紧力 P0=37514N

　　计算#2 拉杆螺纹处的受力如下

　　预紧力 P0 对螺纹产生的应力：

　　1）、挤压强度螺杆=螺母：σ p =236.2Mpa

　　2）、剪切强度螺杆：τ=176.2MPa；螺母：τ=162.3MPa3）、弯曲强度螺杆：σ b =443.7MPa 螺母：σ b =409.6MPa合闸过程中最大拉力对螺纹产生的应力：

　　1）、挤压强度螺杆=螺母：σ p =33.9Mpa

　　2）、剪切强度螺杆：τ=25.3MPa；螺母：τ=23.3MPa3）、弯曲强度螺杆：σ b =63.7MPa 螺母：σ b =58.8MPa#2 拉杆材质 30CrNi3A，查得抗拉强度σb (MPa)：≥980 MPa屈服强度σs (MPa)：≥785 MPa 硬度：≤241HB#4 接头的材质为 35CrMo，查得抗拉强度σb (MPa)：≥985 MPa 屈服强度σs (MPa)：≥835 MPa 硬度：≤229HB

　　通过以上计算可知：正常状态时，连接部装配处螺纹在预紧力的作用下，无论合闸还是分闸过程，螺纹副始终处于紧压状态，保证连接处不松动，此结构满足设计要求。

　　4、结论

　　通过以上计算和分析，可以得到以下结论：此案例中拉杆脱落是由于装配异常，紧定螺钉没有正常进入拉杆螺纹的钻孔处导致的。

　　由于紧定螺钉安装错位，导致

　　1）、拉杆上螺纹与接头上螺纹配合偏向一侧，使一侧螺纹配合面加大，一侧螺纹配合面减小，产生受力不均。

　　2）、错位的紧定螺钉又破坏了接触面减小侧的螺纹量，更加剧了螺纹连接处的受力不均情况。在 400 次左右的分合闸操作过程中，由于螺纹连接处受力不均，螺纹连接逐渐松动，最终导致在分闸操作时脱开。

　　参考文献：

　　[1]丁璨，聂太平，陈天凡，田小健，袁召.基于 IGBT 的新型固态直流断路器设计与分析[J].高压电器，，：1-10.

　　[2]吕力行，刘骅，徐雷，余勇，张剑波，马速良.基于数据-模型混合驱动的锂电池储能系统状态估计及预警方法[J].热力发电，，：1-10