林彥君

（國網(wǎng)福建省電力有限公司檢修分公司）

500kV交流變電站斷路器的運行情況及故障原因分析

林彥君

（國網(wǎng)福建省電力有限公司檢修分公司）

斷路器作為在500kV交流變電站的運維過程中的主要控制以及保護構(gòu)建，加強其穩(wěn)定性以及可靠性運行對變電站的正常運轉(zhuǎn)是十分重要的。本文簡要概述了在500kV交流變電站中的基礎(chǔ)斷路器操作機構(gòu)特點，分析了斷路器發(fā)生機械故障以及閃絡(luò)故障的原因，以期為業(yè)內(nèi)人士進行斷路器的設(shè)計安裝運維工作提供借鑒參考。

500kV交流變電；斷路器；情況；故障

伴隨著超高電網(wǎng)的時代化發(fā)展，500kV交流變電站建設(shè)數(shù)量明顯增多。與220kV交流變電站不同，500kV交流變電站的電網(wǎng)設(shè)置工作更為復(fù)雜，而在實際的工作過程中，經(jīng)常發(fā)生由于斷路器故障問題而造成的變電站停運情況發(fā)生。因此，更好的完善斷路器故障的查找分析工作，促進斷路故障的有效預(yù)防修復(fù)，對電力產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展有著十分重要的作用。

1 500kV交流變電站斷路器的操動機構(gòu)

在常規(guī)的126-500kV的交流變電站中，所使用的斷路器為壓氣式滅弧室高壓六氟化硫斷路器[1]。因此，其主要的操動機構(gòu)形式分為三種，具體特點如下：

1.1 彈簧操動

此種操動結(jié)構(gòu)的構(gòu)造簡單，整體斷路器的制造工藝中等，且斷路器的體積小、對周遭環(huán)境的污染小，具有高度的適應(yīng)性，穩(wěn)定性。但在出力性以及負(fù)載性能上較差，且此類斷路器對反力十分敏感，整體的輸出功率不高，因此運用大輸出的彈簧機構(gòu)時，會造成較大的振動以及沖擊，建設(shè)成本也會更高。

1.2 氣動操動

在氣動操作的斷路器中，利用氣動分閘、彈簧合閘。其儲能以及傳動的介質(zhì)為壓縮空氣，以壓縮空氣作為介質(zhì)的好處就在于其慣性較小，且斷路器的反應(yīng)動作會更快更靈敏，環(huán)境變化對斷路器的機械動作影響小，機械作用的輸出功率大[2]。但此種操動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，對制造處理的工藝要求較高，噪聲污染較大，對空氣氣源要求高。其負(fù)載以及出力性能良好，能夠與斷路器形成良好的接觸，且不會發(fā)生反力敏感。

1.3 液壓操動

以氮氣或者是碟簧作為操動機構(gòu)的儲能介質(zhì)，傳動介質(zhì)為液壓油，這種形式的操動介質(zhì)更易獲得的高壓力，其反應(yīng)靈敏動作快，不需進行運維，整體機構(gòu)的輸出功高，噪聲污染小，具穩(wěn)定性。能與斷路器形成良好的負(fù)載及出力，不發(fā)生反力敏感作用。但制造復(fù)雜、受環(huán)境影響，對制造用材要求高。

2 斷路器機械故障的原因分析

在多年的實際工作中，通過統(tǒng)計可知，在電路運行過程中，發(fā)生斷路器故障情況時，有75～80%的故障情況是由于高壓斷路器的控制回路以及操動故障所造成的[3]。而在進行操動部分的故障修理時，則需要依靠幾種技術(shù)對故障問題進行分析判斷。

（1）對合分線圈進行電流波形的檢測，由于在合分線圈的電流波形中，具備有多種不同的操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，其中包含線圈接通是否正常，鐵心部位是否出現(xiàn)卡澀情況等，若出現(xiàn)報警情況，則表示在斷電器的操動機構(gòu)產(chǎn)生了問題。

（2）對合分線圈進行回路斷路的檢測，若在線圈部位出現(xiàn)斷路則會出現(xiàn)報警現(xiàn)象。

（3）對斷路器的全時段行程進行監(jiān)控，發(fā)生過沖以及過限情況時，將發(fā)出警報，提示故障的發(fā)生。

（4）對操動機構(gòu)的合分速度進行監(jiān)測，對過限情況進行報警，在振動波形中若發(fā)生異常的速度信息、彈跳信息，則需報警，避免故障的發(fā)生。

（5）發(fā)生異常的機械振動，若關(guān)鍵部位的機械構(gòu)建發(fā)生非常規(guī)的振動信號，則需繼續(xù)擰報警[4]。在高壓交流變電站中的斷路器合分過程中，其機械的振動具有復(fù)雜的振動波形，整體的波形往往是由多個不同類型的子波綜合形成的，因此針對性的對每一個子波進行分析，可以將特定子波所對應(yīng)的事件、時間、地點表現(xiàn)出來，同時獲取機械操作部分的信息，同觀判斷振型波動的情況，判斷出機械傳統(tǒng)系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障以及隱形故障。在進行波形的分析時主要采用的是形狀比較、統(tǒng)計處理、波形分析等方法，為確保分析的準(zhǔn)確性，振動傳感器的安裝位置需要精確布置。

（6）在使用彈簧機構(gòu)的斷路器中，進行故障的分析時，需要查看彈簧的剛度以及壓縮狀態(tài)，確定其傳動以及鎖扣的正常，保證電動機在正確的時間范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)，從而確定機構(gòu)是否具有故障問題。

（7）檢測控制回路的運行狀態(tài)。進行控制回路的監(jiān)測能夠有效的發(fā)現(xiàn)由于斷路器中出現(xiàn)的輔助開關(guān)基礎(chǔ)不良等情況，引起的拒分以及拒合的故障情況。

（8）分析操作機構(gòu)的儲能狀況，在開展上述的故障排除工作時，需要遵循的基礎(chǔ)點就在于，操作機構(gòu)的工作狀態(tài)正常，而確保操作機構(gòu)的常態(tài)工作就需要，對同次操作中的多個波在不同的時間、區(qū)域等方面上的情況，進行橫向的對比，從而得出診斷性的結(jié)論。

3 斷路器斷口閃絡(luò)故障的原因分析

在斷路器的斷口閃絡(luò)故障問題中，較多發(fā)生此種狀況的為發(fā)變組斷路器以及帶并聯(lián)電抗器線路斷路器。

3.1 發(fā)變組斷路器

對于發(fā)變組斷路器，其機組在并網(wǎng)的過程中，系統(tǒng)電壓與主變高壓測電壓具有較小的相角差以及頻差，所以在斷口兩端的電壓具有低拍頻特點，整體的低昂呀幅值在0～2倍相電壓間浮動[5]。在發(fā)變組斷路器的運行期間，若斷路器的斷口絕緣部位出現(xiàn)由于機械外力原因或是其他原因索早車能夠的缺陷問題，將會引發(fā)斷路器的短路閃絡(luò)現(xiàn)象發(fā)生。在發(fā)生短路閃絡(luò)后，機組的進出同步，故障電流較小，并且出現(xiàn)具有間歇性，不具備對地保障，母線電壓、機端電壓屬于正常范圍，所以不會出現(xiàn)相應(yīng)的閃絡(luò)保護動作。盡管在發(fā)變組的斷路器中會設(shè)置相關(guān)的閃絡(luò)保護設(shè)置，但由于保護設(shè)置的定值通常設(shè)定為機組耐受水平的最高值，其延時以及動作的定值長，將常出現(xiàn)發(fā)生斷路器閃絡(luò)后的故障電流只會在短瞬間達(dá)到保護值，造成保護返回的情況發(fā)生。因此無法做到對斷路器端口進行有效的閃絡(luò)保護，引發(fā)后期的對地故障問題發(fā)生。在發(fā)變組斷路器中產(chǎn)生的故障波型可參考圖1。

圖1 500kV變電站中發(fā)變組斷路器中產(chǎn)生的故障波型

3.2 帶并聯(lián)電抗器線路斷路器

對帶并聯(lián)電抗器線路斷路器，在最后的一組斷路器跳開后，在并聯(lián)電抗器以及輸電線路中的電容之間會產(chǎn)生充放電現(xiàn)象，此時的線路中的電壓具有拍頻的特征，在斷路器的斷口處的電壓為輸電母線以及線路拍頻的電壓之差，同樣具有拍頻特征[6]。在這個過程中所出現(xiàn)的電壓幅值，主要受到分閘相位以及線路的并聯(lián)補償程度影響，在部分情況下斷口的暫態(tài)電壓與額定耐受電壓持平。由此可知，若斷口的絕緣部位屬于薄弱部位，則易引發(fā)斷口的閃絡(luò)現(xiàn)象發(fā)生。在發(fā)生閃絡(luò)情況后，故障電流是輸電線路中通過帶并聯(lián)電抗器的空充電流，一般在幾十到幾百安，對地短路電流大于此值，出現(xiàn)這一現(xiàn)象不會產(chǎn)生對地故障，線路中的電壓均屬正常值范圍，尤其引發(fā)保護裝置不啟動，引發(fā)更為嚴(yán)重的對地障礙。

3.3 保護措施

由以上分析可知，無論在交流變電站中所使用的斷路器為帶并聯(lián)電抗器線路斷路器還是發(fā)變組式斷路器，一旦在分閘情況下出現(xiàn)斷口的閃絡(luò)現(xiàn)象，不管閃絡(luò)現(xiàn)象是發(fā)生在斷路器的外側(cè)還是出現(xiàn)在滅弧室內(nèi)，其電弧都無法自動熄滅。且不具備有效的保護設(shè)置，在發(fā)生故障電弧后無法做出及時的自我保護，導(dǎo)致斷路器長期受到影響，使電弧受到長期燃燒，導(dǎo)致瓷套發(fā)熱，SE6劣化，嚴(yán)重后直接引發(fā)斷路器的爆炸，造成事故的嚴(yán)重化。

為避免此類斷路器故障情況的發(fā)生，應(yīng)在變電站日常的運營維護上加強管理，提高斷路器的斷口絕緣優(yōu)化，提升其使用的可靠性，在繼續(xù)擰斷路器的選擇時，進行精細(xì)的挑選，確保所用器材符合實際的電力運行需求，同時改進斷路器的斷口閃絡(luò)保護設(shè)置，從實際的使用需求出發(fā)，設(shè)置與之相符的保護額定值，從而避免嚴(yán)重的斷路器故障事故的發(fā)生。

4 結(jié)束語

綜上所述，結(jié)合筆者多年的工作經(jīng)驗，在本文中介紹了兩種500kV交流變電站中常見的斷路器故障問題，分析了兩種問題的主要發(fā)生機制、特點，以及問題位置。在將來的斷路器故障預(yù)防以及解決過程中，工作人員需要更多的加強對其它斷路器故障問題的探討分析，不斷地實踐創(chuàng)新，從而科學(xué)化的解決斷路器故障問題，促進電力產(chǎn)業(yè)的長足發(fā)展。

[1]許楊，陳小軍，李鋒鋒，郝躍東，歐陽震，蘇豐，劉斯佳，劉嬌.550kV斷路器典型故障分析[J].高壓電器，2013，12（06）：80～87.

[2]徐黨國，李 雨，孫云生，劉平，駱立實，張恩偉.500kV斷路器斷口擊穿故障與防護措施分析[J].高壓電器，2013，03（11）：59～63+68.

[3]劉楊名，江福官，顧愛斌.高壓斷路器拒動原因分析及解決方案[J].高壓電器，2012，02（07）：90～94+98.

[4]陳保倫，文亞寧.斷路器彈簧操動機構(gòu)介紹[J].高壓電器，2010，10（13）：75～80.

[5]呼延斌.ZN12-10型真空斷路器常見故障原因分析及處理[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，22（14）：208～210.

[6]萬磊，范冕，何慧雯.500kV大型水電站主變壓器側(cè)避雷器優(yōu)化[J].電力建設(shè)，2014，03（09）：83～88.

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