組合電器母線筒支撐斷裂原因分析及處理

李偉 曹陽 邴冰天

摘 要：某新建220 kV變電站在投運2個月后，運行人員在巡視中發現220 kV母線筒發生斷裂事故。該文針對該起母線筒斷裂事故原因進行分析，經過廠家、專家、檢修、運行人員一個多月的充分討論、研究、準備，根據母線筒產生斷裂的因素制定相應的對策，并按照制定的整改意見進行整改。設備改造后，通過運行人員一年的測量數據表明，母線筒位移基本忽略不計，說明針對斷裂因素制定的措施非常有效，避免了母線事故的發生。該文對有組合電器母線筒位移、支撐斷裂危險的單位有一定的借鑒作用。

關鍵詞：組合電器 母線筒 支撐斷裂 分析 處理

中圖分類號：TM564.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（c）-0085-02

六氟化硫全封閉組合電器（簡稱GIS）用SF6作為絕緣和滅弧介質，把斷路器、電流互感器、電壓互感器、隔離開關、接地開關、母線、氧化鋅避雷器等裝置組裝在封閉的金屬殼體內，具有集成度高、占地面積小、故障率低等優點。但在運行中，筆者也發現因廠家設計、制造等原因，造成設備隱患的情況。

1 220 kV母線筒故障原因分析

該站220 kV組合電器出線間隔設備采用的是三相分箱的結構，母線采用三相共箱母線，也就是三相都布置在同一個母線筒中。分析此次支撐斷裂原因如下：（1）組合電器處于室外，母線筒熱脹是造成此次故障的直接原因。（2）母線筒膨脹補償器（波紋管）設計不合理。該站220 kV單條母線長49 m，共有10個回路間隔，母線中間僅設計3個膨脹補償器。通過現場測量，膨脹補償器間最近距離9 m，最遠距離11 m。（3）母線筒膨脹補償器螺栓各側螺絲擰死，相當于一段母線筒，造成波紋管起不到調節作用。（4）母線筒支撐結構設計不合理。（5）支撐母線筒底座的工字鋼間全部焊接，相當于一個49 m長的工字鋼，工字鋼起不到熱脹冷縮的調節作用。由于鋼的膨脹系數大于鋁的膨脹系數，甚至成為此次故障的幫兇。（6）母線筒U型支撐內部沒有支撐結構，導致支撐壁隨著應力方向傾斜。（7）雙母線平行布置，且間隔距離大，導致母線吸收太陽光熱量的面積增大。

2 66 kV母線筒無變形原因分析

66 kV組合電器設備采用的是三相共箱的結構，無單獨的母線氣室，母線氣室與各間隔的母線刀閘共用一個氣室。與220 kV組合電器相比，具有以下優勢。

（1）出線緊湊，兩個間隔距離近，間隔間都設有母線膨脹補償器，能有效地吸收熱脹帶來的應力。通過現場測量，膨脹補償器間最近距離1.2 m，最遠距離3.5 m，遠遠小于220 kV膨脹補償器間的距離。（2）雙母線采用上下層布置。由于出線部分從南側引出，已經擋住一部分太陽直射，上層母線又擋住部分陽光，下層母線吸收的太陽熱量有限。（3）由于66 kV母線比220 kV母線筒輕得多，工字鋼底座僅長50 cm，工字鋼與母線筒間采用粗螺紋鋼調節。螺紋鋼可以隨著熱脹冷縮的應力輕微擺動，去除部分動能。（4）膨脹補償器螺栓外部擰死，內部留有調節縫隙，可以有效調節溫度升高帶來的熱脹應力。

3 制定對策

分析220 kV母線筒支撐斷裂的原因，可以分為以下5方面因素，根據這些因素分別制定相應的對策。

（1）產品質量因素：產品質量不良，斷裂處均為支撐與母線筒焊接根部。說明設備制造時焊接質量存在問題。對策：為防止熱脹應力造成支撐斷裂對母線筒產生影響，建議廠家更換合格的母線筒。新母線筒出廠前做好焊接檢查，要求各項試驗數據合格。

（2）設計因素：①母線膨脹補償器設計過少，不能補償熱脹冷縮產生的應力。對策：對母線筒膨脹補償器位置重新設計，每條母線增加3個。②U型支撐沒有應對熱脹冷縮應力的措施。對策：U型支撐內部兩側各焊接兩個三角形支撐，以應對熱脹冷縮應力。③U型支撐底部與工字鋼間采用螺栓連接，支撐圓孔沒有裕度。對策：支撐底部根據母線方向擴展為長方形圓角孔，保證熱脹冷縮時，支撐可以在工字鋼上輕度位移，減小對支撐的應力。

（3）施工因素：①膨脹補償器各側螺絲擰緊，補償器失去作用。對策：重新調整螺絲，外側定位螺絲緊固，并加裝碟簧，內側限位螺絲與隔板間留有3～5 mm縫隙。②安裝人員對材料力學不清，母線筒底座的工字鋼間全部焊接，相當于一個工字鋼。對策：將工字鋼斷開，形成多個工字鋼段。③裝配時，安裝人員責任心不強，沒有按照施工工藝執行。對策：要求廠家派出素質強、業務精的售后服務人員到現場安裝、檢修、維護。

（4）驗收因素：驗收人員業務素質不高，責任心不強，沒有及時發現膨脹補償器各側螺絲緊固的隱患。對策：加強運行人員對組合電器設備驗收知識培訓，主要是施工工藝、運行要求等。

（5）運行人員對設備隱患重視程度不夠：運行人員在設備運行過程中，發現了母線位移產生的清脆的響聲，也進行過查找，但沒有找到原因，沒有對隱患進行深入的排查，造成母線支撐斷裂。對策：加強運行人員責任心培養和業務知識的培訓。

4 處理情況

經過組合電器專家前期充分地討論、論證、計算和精心準備，2013年11月，研究人員對該站220 kV兩條母線輪流停電，全部處理各種隱患，主要工作就是：對支撐斷裂的母線筒進行更換；每條母線新增3個膨脹補償器；重新調節膨脹補償器定位螺絲，并加裝碟簧；U型支撐內部焊接4個三角形支撐；U型支撐底部圓孔改成長方形圓角孔；工字鋼分段。

全部改造完成后，運行人員根據施工驗收規范，認真地進行了驗收，沒有發現遺留隱患。

從2013年12月開始，至2014年11月份止，運行人員每月對兩條母線兩端各找一個觀測點進行位移數據測量，數據如表1。

通過表1數據對比可以看出，去除人為測量誤差、讀數誤差等因素，觀測點位置位移基本為0，也就是說該治理取得了很好的效果，運行人員再也聽不到熱脹應力導致金屬發出的清脆的“啪、啪”聲。

5 幾點建議

（1）建議廠家設計人員應充分考慮戶外組合電器在陽光下暴曬產生的熱應力，合理配置膨脹補償器位置和個數。（2）建議廠家改進220 kV組合電器母線支撐結構設計，使母線筒支撐能夠吸收熱脹冷縮產生的應力。（3）安裝人員應嚴格遵守設備施工驗收規范和制造廠規定，母線伸縮節按要求調整伸縮縫。（4）驗收人員應熟悉設備驗收規范各項要求，嚴格按照規范進行質量驗收。

6 結語

通過對某220 kV變電站組合電器U型支撐斷裂原因的分析，找出了設備故障原因，并針對原因制定相應的措施。設備改造后，通過運行人員記錄一年的位移數據，表明隱患已經得到徹底的治理，確保了設備安全穩定運行。

筆者將220 kV母線筒斷裂原因及采取的措施總結出來，供有同樣設備隱患的單位做參考。

參考資料

[1] 艾新法，郝曙光.變電設備異常運行及故障分析圖冊[M].北京：中國電力出版社，2011.

[2] 羅學琛.SF6氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）[M].北京：中國電力出版社，1998.

[3] 周慶祥.750 kV和330 kVGIS母線筒支撐存在問題分析[M].電力安全技術，2014，16（3）：35-37.