南方電網(wǎng)德宏供電局 羅光鴻 何順全 羅啟俊 許國(guó)龍

目前，我國(guó)市場(chǎng)上消費(fèi)量較多的是真空斷路器和SF6斷路器。真空斷路器以及部分SF6斷路器特別是220kV以內(nèi)電壓級(jí)別的SF6一般均采用彈簧機(jī)構(gòu)，220kV以上電壓級(jí)別的SF6斷路器基本采用液壓機(jī)構(gòu)抑或液壓彈簧機(jī)構(gòu)?；跈C(jī)構(gòu)的區(qū)別，斷路器形成了工作模式的差別，但它們的結(jié)構(gòu)沒有根本的區(qū)別，僅為工作形式有所不同[1]。斷路器機(jī)械特性故障分為三種，即拒動(dòng)、誤動(dòng)和其他故障等。分析其故障成因較多，大體可分為兩類，一類為斷路器機(jī)械性能降低、劣化導(dǎo)致的故障，另一類為由于斷路器二次回路產(chǎn)生的故障[2,3]。以下分三方面對(duì)斷路器機(jī)械故障進(jìn)行探究，并對(duì)其產(chǎn)生的原因進(jìn)行剖析。

1 斷路器拒動(dòng)故障及其成因

斷路器的拒動(dòng)故障是設(shè)備故障之一，指斷路器設(shè)備在繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置動(dòng)作或在操作過(guò)程中拉合控制開關(guān)并發(fā)出工作指令時(shí)拒絕動(dòng)作。該故障主要分為兩種，即拒分和拒合。通常情況下，斷路器的拒合故障出現(xiàn)于檢修前后，也可以出現(xiàn)在斷路器故障更換其他輸電線路供電的情況下，所以該故障僅為局部一臺(tái)斷路器出現(xiàn)問(wèn)題，并不會(huì)因此較多影響其他線路。相較而言，線路中發(fā)生的拒分故障能夠較大地影響到系統(tǒng)的安全運(yùn)行，可形成上一級(jí)斷路器跳閘，這也被叫做“越級(jí)跳閘”，出現(xiàn)這種情況會(huì)擴(kuò)大事故停電范圍，嚴(yán)重的會(huì)形成系統(tǒng)解列，并能夠形成大范圍停電的重大事故。所以我國(guó)的檢修單位對(duì)于拒分故障的重視程度較高[4]。

分析斷路器拒動(dòng)的成因較多，控制回路中線路、元器件以及儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)等出現(xiàn)問(wèn)題后，均可形成斷路器的拒動(dòng)，而機(jī)械故障會(huì)較多引發(fā)電氣故障。故此，分析發(fā)生拒動(dòng)故障的成因不能僅僅單一分析電氣問(wèn)題或單一分析機(jī)械故障，可從以下原因進(jìn)行剖析：

斷路器無(wú)法響應(yīng)分合閘指令。是指線路兩端均有電壓但無(wú)電流通過(guò)，故障成因主要為端子脫落、航插插針變形或插入不夠、線路斷線等問(wèn)題，這些情況的形成主因是控制回路中有斷點(diǎn)，回路不能導(dǎo)通，形成推動(dòng)故障。這類故障可歸納成人為因素和電氣性能因素。如端子脫落、航插插針變形、航插插入不夠等均可歸為人為因素導(dǎo)致的線路斷路問(wèn)題，針對(duì)這種情況，要加大人員培訓(xùn)力度、調(diào)整作業(yè)流程，可以有效避免此類情況發(fā)生；如線圈燒毀、端子氧化等均可歸為電氣性能因素，針對(duì)該情況，未出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)不易發(fā)現(xiàn)，可采用穩(wěn)態(tài)電流變化對(duì)斷路器實(shí)施檢測(cè)。

斷路器無(wú)法執(zhí)行分合閘動(dòng)作。分析斷路器拒動(dòng)的另外成因?yàn)闄C(jī)械性能劣化，可形成在合閘指令已經(jīng)傳遞到分合閘線圈時(shí)，機(jī)械部件不能實(shí)施分合閘動(dòng)作。機(jī)械性能劣化引起的拒動(dòng)故障可歸納為兩類：一類成因于電磁鐵、脫扣板等脫扣有關(guān)機(jī)構(gòu)的卡澀；另一類成因是雖然脫扣機(jī)構(gòu)正常執(zhí)行動(dòng)作，但卻不能將能量傳遞到動(dòng)觸頭上，該類型的問(wèn)題應(yīng)歸為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障。如出現(xiàn)絕緣拉桿斷裂問(wèn)題，則斷路器不能把儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)中的能量傳遞到動(dòng)觸頭，所以輔助開關(guān)也不能工作。如有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡澀的問(wèn)題，則斷路器的觸頭啟動(dòng)時(shí)間將變慢，大多數(shù)情況下斷路器動(dòng)觸頭動(dòng)作后輔助觸點(diǎn)開始工作，由此在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)引發(fā)了輔助開關(guān)切換的時(shí)間一并變慢。

2 斷路器誤動(dòng)故障及其成因

這里所探究的誤動(dòng)故障是指斷路器在沒有接收到動(dòng)作指令時(shí)即發(fā)生動(dòng)作，其中涵蓋了保護(hù)跳閘、偷跳、合后即分等非人為因素形成的斷路器動(dòng)作?，F(xiàn)階段，在傳統(tǒng)預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)不應(yīng)脫扣，斷路器分閘脫扣器的最低動(dòng)作電壓處在額定電壓的30%～60%之間，合閘最低動(dòng)作電壓處于額定電壓的30%～80%(交流為85%)之間。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（如GB11022和DL/T596）明確規(guī)定了斷路器最低動(dòng)作電壓，對(duì)于30%及以下額定電壓不應(yīng)脫扣的要求，目的是防止電力設(shè)備干擾引起的斷路器誤動(dòng)作。在實(shí)際工作中，即使對(duì)于斷路器誤動(dòng)的試驗(yàn)較為精細(xì)，卻仍然發(fā)生較多的斷路器誤動(dòng)問(wèn)題[5]。

在分析斷路器誤動(dòng)的成因時(shí)，發(fā)現(xiàn)該故障的發(fā)生與拒動(dòng)十分相似，其原因主要為操作機(jī)構(gòu)無(wú)法保持狀態(tài)或電氣部分受到干擾或出現(xiàn)問(wèn)題。

操作機(jī)構(gòu)無(wú)法保持狀態(tài)。斷路器設(shè)備的機(jī)械部件是由簡(jiǎn)單自由度為1的四連桿機(jī)構(gòu)組成的，分合閘保持摯子是用來(lái)限制斷路器運(yùn)動(dòng)的，可以理解為在四連桿機(jī)構(gòu)的主動(dòng)軸上加上了約束，使其自由度變?yōu)?。而斷路器誤動(dòng)的成因源自其機(jī)械結(jié)構(gòu)無(wú)法保持住狀態(tài)，四連桿機(jī)構(gòu)的約束不能制止主動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)，四連桿機(jī)構(gòu)的自由度可回歸為1。當(dāng)儲(chǔ)能部件恰處在儲(chǔ)能完成狀態(tài)，那么就會(huì)使斷路器形成誤動(dòng)。

電氣受到干擾或出現(xiàn)故障。在正常情況下斷路器分合閘回路為斷路狀態(tài)，在工作中，下達(dá)動(dòng)作指令后，分合閘回路才會(huì)形成聯(lián)通。在分合閘動(dòng)作完成時(shí)，機(jī)械結(jié)構(gòu)會(huì)將分合閘回路切斷。在異常情況下，斷路器元器件會(huì)受到干擾，導(dǎo)致分合閘回路處于聯(lián)通狀態(tài)，進(jìn)而使斷路器執(zhí)行分合閘動(dòng)作。此外，變電站斷路器布局也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，如布局緊湊，在母線帶電時(shí)磁場(chǎng)范圍內(nèi)的導(dǎo)線可形成感應(yīng)電，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于對(duì)斷路器最低動(dòng)作電壓也有明確規(guī)定，即處于30%工作電壓以下時(shí)斷路器不可實(shí)現(xiàn)分合動(dòng)作，主要是為避免感應(yīng)電對(duì)斷路器造成影響而形成誤動(dòng)。

3 斷路器的其他問(wèn)題

斷路器與機(jī)械特性相關(guān)的故障問(wèn)題，在拒動(dòng)與誤動(dòng)以外還存在某些情況不會(huì)影響斷路器的正常工作、卻對(duì)斷路器的使用壽命有影響。如斷路器在動(dòng)、靜觸頭接觸前或分開后有產(chǎn)生電弧的情況，合閘速度過(guò)低將使預(yù)擊穿時(shí)間延長(zhǎng)，而分閘速度過(guò)低會(huì)使分閘時(shí)拉弧變長(zhǎng)，這兩種情況即分閘時(shí)的拉弧以及合閘時(shí)預(yù)擊穿所產(chǎn)生的電弧均可燒毀斷路器的觸頭，嚴(yán)重地妨害斷路器的使用壽命。除了以上對(duì)斷路器產(chǎn)生的情況，電磁鐵絕緣也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生拒動(dòng)誤動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間使電磁鐵帶電可使斷路器線圈的功能性降低，匝間短路將使通過(guò)線圈的電流較大，會(huì)燒毀線圈并且使斷路器出現(xiàn)拒動(dòng)問(wèn)題，最低的動(dòng)作電壓降低會(huì)使斷路器產(chǎn)生誤動(dòng)問(wèn)題。

工作流程方面來(lái)看，斷路器出現(xiàn)故障主要是出現(xiàn)在電氣部分執(zhí)行操作指令、機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)作及斷路器實(shí)施分合閘動(dòng)作等步驟。其中，機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)作還可以細(xì)分，主要分合閘脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

在斷路器每次工作時(shí)，其儲(chǔ)能電機(jī)會(huì)對(duì)斷路器實(shí)施儲(chǔ)能操作，這項(xiàng)動(dòng)作可以使斷路器在下次工作時(shí)能夠穩(wěn)定地實(shí)施分合閘指令。斷路器的分合閘速度過(guò)低主要存在于以下兩種原因：一方面，斷路器儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)存有缺陷，可使轉(zhuǎn)化為觸頭動(dòng)能的能量不足，造成斷路器速度降低；另一方面，儲(chǔ)能能量較為正常，斷路器機(jī)構(gòu)卻運(yùn)行不夠流暢，致使儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)存儲(chǔ)的能量需要分出較多能量來(lái)抵消卡澀所需，致使不能提供足夠的能量轉(zhuǎn)化為觸頭動(dòng)能。

4 結(jié)語(yǔ)

從以上分析，斷路器拒動(dòng)、誤動(dòng)和其他故障會(huì)造成斷路器機(jī)械故障。本文深入剖析了導(dǎo)致斷路器機(jī)械故障的成因，并可為斷路器故障檢測(cè)提供借鑒。