探讨 X射线无损探伤在 ZF19-252断路器导向环检查的研究与应用

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谭锐恒 李志锦

广东电网有限责任公司 佛山供电局 广东 佛山 528000

摘 要： 断路器在电力系统中的地位可以用不可或缺来形容，是最重要的控制和保护设备。断路器是指能带电切合正常状态的空载设备，能开断、关合和承载正常的负荷电流，并且能在规定时间内承载、开断和关合规定异常电流的电器。但由于气体绝缘变电站（下称GIS变电站）设备结构特殊性，在检修技术方面难以直接用肉眼去判断设备内部的情况。本文基于在2018年220kV某变电站发生的一次接地故障，探讨一种X射线无损探伤在ZF19-252断路器导向环检查的新型检测手法。通过科学合理的检测方法，在不用对设备进行解体的情况下，可以实体成像地判断该型断路器的导向环是否存在脱落的情况。极大的缩短了停电时间，最大限度降低了作业人员的劳动强度和作业风险，可靠地控制电网运行风险。

关键词：断路器 X射线 探伤 研究应用

0 引言

断路器（也称为CB），是电力系统中最重要的控制和保护设备，作用是1、带电切合正常状态的空载设备，能开断、关合和承载正常的负荷电流2、开断、关合和承载正常的负荷电流，并且能在规定时间内承载、开断和关合规定异常电流。断路器在正常操作时，若因一次设备有故障，容易导致断路器不能正常分合，严重情况将导致断路器内部发生爆炸，严重影响变电站的安全运行。

1 背景概况

在2018年某供电局220kV某变电站某220kV间隔C相断路器发生短路接地故障。故障发生后，该供电局迅速组织检修人员到现场，对放电间隔进行现场故障勘查，通过保护动作的信息，锁定了故障位置是断路器的内部。该GIS开关间隔是北京北开公司生产的ZF19-252型产品，运行时间是10年。经对故障断路器解体检修后，在底部发现的环状异物为断路器内部导向环，材质为聚四氟乙烯。

2 原因分析

在对故障断路器故障相解体后，发现如下问题：1、断路器内部相柱上有大量粉尘，上支撑绝缘子无异常；2、断路器内部下侧有较多粉尘，同时发现断路器筒体下侧法兰与CT之间的盆式绝缘子表面已经熏黑碳化，且此处相邻断路器筒体内壁也已熏黑。3、故障断路器内侧底部发现环状异物，后经解体分析是断路器内部导向环，材质为聚四氟乙烯。

为进一步分析故障原因，对故障间隔的其余两相也进行解体分析：B相：进行解体，导向环没有脱落，安装状态完好， 静触头座内壁及动触头侧屏蔽罩外圆没有发现金属摩擦痕迹，绝缘子、喷口等绝缘件表面没有发现闪络击穿现象，其他没有发现异常情况；A相：导向环掉落在灭弧室底部，静触头座内壁及动触头侧屏蔽罩外沿发现明显的金属摩擦痕 迹，静触头座内壁摩擦痕迹长度约为145mm，与动触头的运动行程吻合。其他没有发现异常情况。根据现场拆解检查情况和以上分析：由于屏蔽罩导向环脱落，造成动静触头装配对中不良。在断路器分合闸动作过程中，动触头侧屏蔽罩上端外侧与静触头座内壁之间在相对运动时，两者发生相对摩擦，由此产生金属粉末。所产生的金属粉末飘落到下出口屏蔽罩与壳体内壁之间，使电场畸变，发生气隙击穿，造成故障开关C相断路器发生接地短路故障。从现场解体情况得知，C相断路器下出口绝缘装配屏蔽罩外表面与筒体相应位置有较严重的电弧烧蚀痕迹，法兰口与盆式绝缘子连接处无明显电击痕迹，盆式绝缘子表面被高温气流熏黑，表面并无明显烧蚀痕迹，由此可推断出断路器下出口绝缘装配屏蔽罩与筒体之间为气隙击穿，并非沿面闪络击穿。

3 模拟试验

为防止同类事件的重复发生，需对该公司生产的同型号断路器中的导向环是否有脱落的情况进行排查。利用X射线对开关进行无损伤照射，在经多次的研究与实践，总结出在半分合状态下进行，准确的对导向环进行捕抓成像，正确判断出开关触头的导向环的情况，并经生产厂家的认可后执行，极大的缩短了停电时间，将电网运行风险合理控制。区别于传统对GIS设备的检修手段，本项目主要应用了X射线对设备进行无损探伤。其优点在于：1、工作时间短：由照射设备进场摆设到对三相开关进行照射成像，仅需4-5小时的工作时间；对比解体检修的120小时，大大缩短了工作时。2、停电范围小：仅需将需检测的开关转检修；对于解体检查的大大缩小了停电范围。3、所需人力物力少：不耗费任何SF6气体，只需要3-4人。4、不受天气的情况影响；只要不大雨就可以执行。

220kV断路器检测导向环	X射线	打开气室检查
工作时间	4-5小时	120小时
停电范围	开关转为检修状态	母线需停电（若是母联，则需所有对应间隔停电）
使用SF6气体	0	300kG
人员	3-4人	6-7人
费用	少	多
电网风险	无	根据变电站的重要性，最低3级

为验证方法的准确性，对该方法进行了多维度的验证：（试验对象是发生故障断路器的A,B相）

1、成像验证：

分别在两相断路器气室内放入不同物体，A相断路器放入螺丝，B相断路器放入一包吸附剂，使用X光检测后得出图片与实物对应。

2、对触头的导向环进行检查：

据解体前A 相没有导向环。B 相有导向环（由于前期在站内已开展导向环在断路器室内时的检查，无法检出，本次不开展）

2.1在合闸状态下对A 相进行检查导向环，由于合闸时触头导向环的位置正好在断路器上CT的连接管道位置，受GIS结构的影响，无法旋转成像板，因此无法对合闸状态进行检查导向环是否有脱落。

2.2在分闸状态下对B 相进行检查导向环，由于导向环的材料及在分闸位置时在触头系统的位置，出不能检查出导向环是否有脱落。

2.3在分合闸到位的情况下均不能，将断路器置在半分后状态，对A，B相分别进行成像，通过细致对比后发现，可从图上观察导向环存在与否。

从上述试验可以论证，在断路器半分合状态下，我们利用X射线可对ZF19-252断路器导向环无损探伤的检查。

4 现场实施

4.1 排查方法:

排查前准备工作： ①确认被排查断路器气室压力不小于断路器报警压力。 ②将断路器电动/手动操作至分闸、 未储能位置（分、合闸弹簧均释能）。 ③拆解机构拐臂与断路器本体拐臂之间的连杆。

使用X光成像设备对准断路器指定断口位置进行拍摄。具体位置及方法如下所述。 ①在分闸位置测量断路器本体销轴底面距离机构箱底面距离X，如下图1所示，并作记录，逆时针转动外拐臂并测量X值为X’，使X与X’之间的差值范围在40±6mm内即可，该位置即为灭弧室内部X光成像的拍摄位置。

②从断路器顶盖上沿向下测量835±10mm的距离范围即为探头的放置位置，如图2所示。

按上述位置进行X光成像拍摄，方可得到导向环成像图。

通过X光成像拍摄完成后，将拐臂顺时针转动到分闸位置，并恢复连杆安装。

一年来，我们对同一变电站8台同类型开关进行了检测，发现#1主变变高2201开关的C相存在异常，并及时进行了更换处理，消除了安全隐患。

5 总结与建议

总结：通过一年以来的实践检查，通过X射线无损探伤技术，我们可在停电范围最小的前提下，准确无误的观察ZF19-252断路器导向环存在与否的情况，大大的减少维护成本并节约了停电时间，从根本上杜绝了该产品因导向环脱落导致开关故障的风险。

建议 1该种结构的断路器在出厂前应做一次X光检测，真实反映出导向环的存在。2加强导向环材质的机械性能。

参考文献 References

[1] 变电设备检修 中国电力出版社