湯金興， 范 明，張 杰， 沈中元，彭明法

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314033；2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014)

10 kV開關(guān)柜接地閘刀限位器失效的原因分析

湯金興1， 范 明1，張 杰2， 沈中元1，彭明法1

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314033；2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014)

對某變電站內(nèi)10 kV中置式開關(guān)柜的接地閘刀限位器碎裂樣品進(jìn)行宏觀檢驗和成分光譜分析，綜合檢驗結(jié)果表明，損壞的限位器制造工藝粗糙、鋁的含量偏低，是導(dǎo)致該鋁鑄件在十多年的運行后變脆破裂的根本原因，并據(jù)此提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

接地閘刀；地刀限位器；傳動機(jī)構(gòu)；失效

某變電站核對10 kV間隔接地閘刀信號過程中，發(fā)現(xiàn)后臺信號與實際位置不對應(yīng)，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，該接地閘刀的限位器已嚴(yán)重碎裂，進(jìn)一步對該站其他35個配有接地閘刀的10 kV開關(guān)柜間隔進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有26個間隔的接地閘刀限位器有明顯碎裂現(xiàn)象。

這26個間隔開關(guān)柜均為某制造廠2001年的產(chǎn)品，另外9個未發(fā)現(xiàn)損壞的則為2005年的產(chǎn)品。限位器在接地閘刀分合閘操作過程中，用以限制操作至終點的位置，防止操作越位，且同時起固定傳動桿的作用，一般為鋁塊鑄件。

1 檢驗結(jié)果及其分析

1.1 限位器失效狀況

現(xiàn)場檢查失效的限位器碎裂狀況見圖1，限位器的碎裂導(dǎo)致運行人員無法進(jìn)行正常分合接地閘刀操作，并且使得接地閘刀傳動桿上的輔助接點切換不正常，導(dǎo)致后臺信號與實際位置不對應(yīng)。此類故障的發(fā)生可能造成工作人員誤判斷接地閘刀的實際位置，并可能導(dǎo)致嚴(yán)重的誤操作事故[1]。應(yīng)對失效樣品進(jìn)行宏觀檢查、成分光譜分析等檢驗，進(jìn)而對限位器碎裂的原因進(jìn)行分析。

圖1 限位器碎裂前與碎裂后形狀

1.2 宏觀檢驗

宏觀檢查也稱為低倍檢查，即利用肉眼、低倍放大鏡或顯微鏡觀察金屬材料內(nèi)部組織及缺陷的檢驗。

限位器碎成多塊，外表幾乎沒有變形，圖2是限位器碎裂塊的宏觀分析照片。在某些斷口處可見明顯宏觀裂紋，斷口粗糙，有明顯脆性斷口特征。

1.3 材質(zhì)成分光譜分析

向廠家咨詢材質(zhì)成分如表1所示，相對于標(biāo)準(zhǔn)值，Cu含量偏低，Pb和Cd含量偏高。廠家認(rèn)為限位器碎裂的主要原因是銅含量偏低。

委托國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院采用DS-8000分析儀，對未斷裂的鋁塊、新材料替換件以及斷裂的鋁塊分別進(jìn)行了分析，試驗分析結(jié)果如表2所示。

圖2 限位器碎裂塊的宏觀形貌

表1 廠家提供的限位器材質(zhì)成分 %

表2 限位器成分光譜分析結(jié)果 %

由試驗分析結(jié)果可知：碎裂限位器鑄件的主要成分為Zn，含量為86.39%～92.27%，在未碎裂和新的限位器中都含有Al成分，含量為7.9%～9.82%，而碎裂的鋁塊則不含Al成分。同元件不同批次產(chǎn)品材質(zhì)存在重大差異，據(jù)此進(jìn)一步要求廠家提供元件材質(zhì)牌號。根據(jù)設(shè)計圖紙顯示該材質(zhì)設(shè)計牌號為AlSi12，按照GB/T 1173-1995《鑄造鋁合金》，AlSi12合金代號為ZL102，Si含量約10.5%～13.5%，Al含量應(yīng)為85%～87%。很明顯，成分分析結(jié)果表明送樣不符合AlSi12要求。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料[2]，鋁在鋅合金中的含量對合金的機(jī)械性能影響如下：當(dāng)鋁的含量小于10%時，隨著鋁含量的提高，合金的抗拉力強度、伸長率、硬度等指標(biāo)都有逐步提高；當(dāng)鋁含量大于6%時隨著含量提高這些指標(biāo)提升尤為明顯，如圖3—5所示。從表2中可以看出，碎裂的限位塊中幾乎不含鋁，未碎的限位塊中鋁含量為7.9%～9.8%，正說明了隨著鋁含量的增加，限位塊的機(jī)械性能有所提高。經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)[3]，廠家設(shè)計的牌號為ZL102的鋁材，其拉伸試驗伸長率為4%，而鋅合金該指標(biāo)一般≤1.2%，也即廠家用延展性差的鋅合金代替了設(shè)計的鋁合金，使得限位塊力學(xué)性能不能滿足設(shè)計要求，這是導(dǎo)致限位塊碎裂的主要原因之一。

圖3 鋁含量對抗拉強度的影響

圖4 鋁含量對硬度的影響

圖5 鋁含量對伸長率的影響

2 限位器的作用及碎裂原因分析

2.1 限位器的作用

10 kV接地閘刀傳動機(jī)構(gòu)如圖6所示，其傳動連桿上裝有2個扇形片，當(dāng)進(jìn)行分合閘操作時，通過輔助接點扇形片的上下兩觸點，接通接地閘刀的輔助接點回路，將實際位置信號通過輔助回路傳至監(jiān)控后臺及保護(hù)測控裝置[4]。

目前接地閘刀普遍采用手動分合閘操作，限位器的作用有：

（1）對接地閘刀的傳動桿起到固定作用。

（2）通過傳動桿上扇形片的物理位移，接點接通或斷開接地閘刀輔助觸點。

（3）限制分合閘至終點時的位置，以防損壞部件及輔助回路。

（4）通過傳動桿帶動開關(guān)柜下柜門機(jī)械傳動，實現(xiàn)分閘時閉鎖下柜門，合閘時解鎖下柜門[5]。

2.2 限位器碎裂原因分析

限位器受力過大不均可能導(dǎo)致限位器模塊碎裂。在接地閘刀分合閘操作過程中，當(dāng)操作至終點位置時，限位器的限位塊將受到傳動機(jī)構(gòu)一個沖擊力。在長期的操作過程中，限位器永久性累積損傷（金屬疲勞），經(jīng)過一定次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或斷裂。通過對正常接地操作、操作方法等情況進(jìn)行分析，且現(xiàn)場損壞的限位器并無明顯的變形，據(jù)此認(rèn)為受力過大不均并非是引起限位器碎裂的主要原因。

碎裂限位器經(jīng)檢測，Al含量約0～9.82%，Si約0.003%，主要成分為 Zn，含量約85.36%～92.27%。按照GB/T 1173-1995《鑄造鋁合金》，AlSi12合金代號為 ZL102，Si含量約 10.5%～13.5%，Al含量應(yīng)在85%～87%。很明顯，送樣不符合AlSi12要求。

限位器逐漸碎成多塊（見圖1），幾乎沒有變形，有的斷口附近有宏觀裂紋（見圖2），斷口粗糙，有明顯脆性斷口特征。分析認(rèn)為錯用脆性材料Zn代替Al是鑄件斷裂的主要原因。

圖6 接地閘刀傳動機(jī)構(gòu)

3 結(jié)論

（1）限位器碎裂并非是外力過大，主要原因應(yīng)是制造廠家錯用脆性材料Zn代替韌性較好的材料Al。

（2）生產(chǎn)廠家不能確定材質(zhì)是鋅合金還是鋁合金，說明對產(chǎn)品材質(zhì)不重視。設(shè)計材質(zhì)與實際使用材質(zhì)并不符合，表明廠家未按照設(shè)計方案進(jìn)行產(chǎn)品的加工、檢驗。

（3）為避免由于限位器碎裂而導(dǎo)致接地閘刀的操作出現(xiàn)問題，在設(shè)備投產(chǎn)前，對部件的參數(shù)應(yīng)與廠家進(jìn)行確認(rèn)，嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)，做好驗收工作，確保設(shè)備的相關(guān)功能得以正常實現(xiàn)。

（4）應(yīng)加強金屬監(jiān)督抽檢工作，在設(shè)備正常運行期間，做好檢查維護(hù)工作，這樣有利于及時發(fā)現(xiàn)問題，避免運行中臨時停電。

（5）建議對同批次的產(chǎn)品及其它批次的產(chǎn)品進(jìn)行排查，檢查是否有類似問題，若有，則需進(jìn)一步整改。

[1]吳亞軍.淺談中置柜常見故障及處理分析[J].科技資訊，2009（34）∶80-82.

[2]劉洪軍，李亞敏，郝遠(yuǎn).Al、Cu含量對Zn-Al-Cu-Mg合金性能的影響[J].鑄造技術(shù)，2007，28（6）∶823-826.

[3]GB/T 15114-2009鋁合金壓鑄件[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[4]張滕飛，金胤豪，徐胡平.10 kV開關(guān)柜接地閘刀狀態(tài)指示裝置異常分析與研究[J].華東電力，2013，41（10）∶2203 -2204.

[5]潘國華.對10 kV ABB開關(guān)柜防誤閉鎖裝置的完善[J].電力安全技術(shù)，2012，14（10）∶62-63.

[6]汪洪明，丁罕，胡一峰.倒閘操作中幾起接地閘刀典型異常實例分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2008，36（23）∶125-127.

（本文編輯：楊 勇）

Cause Analysis on Failure of Earthing Switch Block in 10 kV Switch Cabinet

TANG Jinxing1，F(xiàn)AN Ming1，ZHANG Jie2，SHEN Zhongyuan1，PENG Mingfa1
（1.State Grid Jiaxing Electric Power Company，Jiaxing Zhejiang 314033，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

Macroscopic examination and composition spectral analysis on crack samples of earthing switch block in 10 kV centrally-installed switch cabinet are implemented.The comprehensive test indicates that low content of aluminum and the coarse manufacturing process are the main reason of block cracking after more than ten year′s operation.According to the analysis some improvements are proposed.

earthing switch；block of earthing switch；transmission mechanism；failure

TM564.1

B

1007-1881（2015）05-0066-03

2015-03-09

湯金興（1980），男，變電檢修高級技師，工程師，主要從事變電檢修技術(shù)管理工作。