郭家圳 鄭景元 唐楠

上海市電力公司超高壓分公司 上海 200063

引言

500kV交流變電站是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，而斷路器是其中關(guān)鍵設(shè)備之一。斷路器的運行故障會導(dǎo)致電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定甚至停運，對電網(wǎng)運行和供電可靠性會造成嚴(yán)重影響。因此，了解和處理500kV交流變電站斷路器的運行故障是至關(guān)重要的。本文旨在為電力系統(tǒng)運行和維護(hù)人員提供有關(guān)500kV交流變電站斷路器運行故障及處理措施的全面指導(dǎo)，以便能夠及時有效地應(yīng)對和解決問題。

1 500kV交流變電站斷路器結(jié)構(gòu)及分類

500kV交流變電站斷路器是電力系統(tǒng)中重要的開關(guān)設(shè)備，用于控制和保護(hù)電力系統(tǒng)中的各種電路。它們具有多種結(jié)構(gòu)和分類方式，下面將對其進(jìn)行簡要介紹。

結(jié)構(gòu)分類如下。

氣體斷路器：由絕緣罩、彈簧機(jī)構(gòu)、氣體壓力機(jī)構(gòu)和滅弧室等組成。氣體斷路器主要通過高壓氣體產(chǎn)生滅弧效應(yīng)，將電弧迅速撲滅。

真空斷路器：由真空斷路器室、隔離室、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和擺動觸頭等組成。真空斷路器通過在斷路時建立和斷開真空環(huán)境來實現(xiàn)開合功能。

油浸斷路器：由主觸頭、固定和活動觸頭、油箱和絕緣油等組成。油浸斷路器利用絕緣油中的油封作用和油槽冷卻來阻斷電弧。

分類方式如下。

根據(jù)使用場所劃分：室內(nèi)斷路器，安裝在變電站室內(nèi)，適用于城市、工礦企業(yè)等環(huán)境；室外斷路器，安裝在開放場地外部，適用于農(nóng)村、野外等環(huán)境，具有防護(hù)罩保護(hù)。

根據(jù)斷路能力劃分：高壓斷路器，額定電壓高于36kV的斷路器；超高壓斷路器，額定電壓高于1000kV的斷路器。

根據(jù)操作方式劃分：手動斷路器，需要手動操作來實現(xiàn)開合功能；電動斷路器，通過電動機(jī)驅(qū)動來實現(xiàn)開合功能；自動斷路器，通過自動裝置來感知和控制電力系統(tǒng)，實現(xiàn)開合功能[1]。

2 500kV交流變電站斷路器的原理概述

500kV交流變電站斷路器是用于控制和保護(hù)電力系統(tǒng)中高壓電路的關(guān)鍵設(shè)備。其主要原理是通過控制開關(guān)，實現(xiàn)對電路的閉合和斷開，以便隔離故障、切換電源、保護(hù)電網(wǎng)等功能。

一般來說，500kV交流變電站斷路器由機(jī)械部分和電氣部分組成。

機(jī)械部分主要包括斷路器的觸頭、觸頭運動機(jī)構(gòu)、彈簧機(jī)構(gòu)和驅(qū)動機(jī)構(gòu)等。當(dāng)斷路器處于閉合狀態(tài)時，觸頭通過觸頭運動機(jī)構(gòu)與固定觸頭接觸，形成電路通路。而在斷開狀態(tài)時，斷路器通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)使觸頭迅速分離，實現(xiàn)電路斷開。

電氣部分主要包括電氣控制裝置和保護(hù)裝置等。電氣控制裝置用于控制斷路器的開合過程，通常采用控制電磁鐵或驅(qū)動電機(jī)等方式實現(xiàn)。保護(hù)裝置用于檢測電力系統(tǒng)中的故障信號，并根據(jù)不同的故障類型發(fā)出相應(yīng)的信號，觸發(fā)斷路器的動作。

在實際運行中，斷路器的工作原理可分為兩種：手動操作和自動操作。手動操作通常由操作人員通過控制裝置手動進(jìn)行斷路器的開合；而自動操作則是根據(jù)保護(hù)裝置的信號自動觸發(fā)斷路器的開合響應(yīng)，以保護(hù)電力系統(tǒng)安全運行[2]。

3 500kV交流變電站斷路器運行故障的原因

3.1 GIS設(shè)備可能存在的故障

絕緣老化：由于長期使用或環(huán)境因素，GIS設(shè)備內(nèi)部的絕緣材料會逐漸老化，導(dǎo)致絕緣性能下降，這可能導(dǎo)致局部放電、擊穿和絕緣子閃絡(luò)等故障。

導(dǎo)電粉塵和異物：在GIS設(shè)備的操作過程中，可能會有導(dǎo)電粉塵和其他異物進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，形成導(dǎo)電通道或造成短路，導(dǎo)致設(shè)備失效。

機(jī)械故障：GIS設(shè)備內(nèi)部包含了許多機(jī)械部件，例如隔離開關(guān)、接地開關(guān)和傳動機(jī)構(gòu)等。如果這些機(jī)械部件出現(xiàn)損壞、斷裂或卡阻現(xiàn)象，將導(dǎo)致設(shè)備無法正常運行。

溫度和濕度：GIS設(shè)備對溫度和濕度非常敏感，過高或過低的溫度、潮濕的環(huán)境都可能導(dǎo)致設(shè)備故障。例如，在低溫環(huán)境下，絕緣性能會下降，增加設(shè)備的擊穿風(fēng)險。

操作失誤：人為的操作失誤也是導(dǎo)致GIS設(shè)備故障的原因之一。例如，錯誤的操作序列、過大的電流負(fù)荷或超過設(shè)備額定參數(shù)的操作都可能引發(fā)設(shè)備故障。

制造、設(shè)計缺陷：在制造和設(shè)計過程中可能存在一些缺陷，這些缺陷可能在設(shè)備工作一段時間后才會顯現(xiàn)出來，例如連接不良、電纜終端問題等。

外力作用：自然災(zāi)害如地震、雷擊等，或外部因素如動物咬嚼、火災(zāi)等都可能對GIS設(shè)備產(chǎn)生破壞性影響，導(dǎo)致設(shè)備的運行故障。

3.2 拒動方面存在的故障

電力系統(tǒng)故障：包括電壓過高或過低、頻率偏離標(biāo)準(zhǔn)范圍、短路故障等。這些故障可能會導(dǎo)致斷路器的正常運行受到干擾，跳閘或不能正常閉合。

斷路器機(jī)械部分故障：機(jī)械部分的故障可能包括觸頭卡住、彈簧失效、驅(qū)動機(jī)構(gòu)損壞等。這些故障可能導(dǎo)致斷路器無法切換、閉合或斷開電路。

電氣控制系統(tǒng)故障：電氣控制系統(tǒng)包括控制裝置和保護(hù)裝置，其故障可能導(dǎo)致斷路器無法收到正確的觸發(fā)信號或失去對斷路器的控制。例如，控制電磁鐵故障、保護(hù)裝置誤動作等。

外部環(huán)境因素：外部因素如灰塵、濕氣、臟污等可能影響斷路器的正常運行，導(dǎo)致電氣接觸不良或絕緣性能下降。

斷路器老化和磨損：長期運行中，斷路器的觸頭、機(jī)構(gòu)等部件可能會出現(xiàn)老化和磨損，導(dǎo)致工作不穩(wěn)定或失效。

操作錯誤或人為因素：操作人員可能會操作錯誤、誤操作或維護(hù)不當(dāng)，造成斷路器故障[3]。

3.3 誤動方面存在的故障

控制信號失效：控制信號傳輸中斷、變壓器或傳感器故障等，導(dǎo)致斷路器無法準(zhǔn)確地接收到開合指令，從而造成誤動。

感應(yīng)電壓或電流干擾：在高壓電力系統(tǒng)中，存在感應(yīng)電壓或電流的干擾，如由于線路距離過近或過載情況引起的電磁感應(yīng)，可能會導(dǎo)致斷路器錯誤地閉合或斷開。

操作人員誤操作：操作人員在操作過程中，由于疏忽、疲勞或不熟悉操作規(guī)程，可能會誤操作斷路器，導(dǎo)致誤動或誤組。

外界環(huán)境因素影響：變電站周圍的環(huán)境因素，如雷擊、電磁干擾、灰塵、高溫等，都有可能對斷路器的正常運行產(chǎn)生影響，引發(fā)誤動故障。

設(shè)備老化或損壞：斷路器設(shè)備本身存在磨損、老化、松動連接等問題，可能會導(dǎo)致其在運行過程中發(fā)生誤動。

供電異常：電力系統(tǒng)的電源異常，如電壓波動、頻率異常等，可能會導(dǎo)致斷路器接收到錯誤的供電信號，從而產(chǎn)生誤動。

3.4 絕緣方面存在的故障

絕緣子污穢：絕緣子表面積聚污物、塵埃、鹽分等會導(dǎo)致絕緣子的絕緣性能下降，從而引起斷路器的絕緣故障。

絕緣子機(jī)械損傷：風(fēng)力、冰雪等外部因素可能導(dǎo)致絕緣子受到機(jī)械損傷，破壞其絕緣性能。

絕緣材料老化：長期運行下，絕緣材料可能會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，導(dǎo)致絕緣性能衰退，增加斷路器絕緣故障的風(fēng)險。

絕緣距離不足：絕緣距離是保證電氣設(shè)備安全運行的重要參數(shù)，如果絕緣距離設(shè)計不合理或過小，可能會導(dǎo)致絕緣擊穿，引起故障。

絕緣液異常：在某些情況下，500kV交流變電站斷路器使用絕緣液來提高絕緣性能。如果絕緣液質(zhì)量不合格、污染或存在其他異常，會影響絕緣性能，導(dǎo)致斷路器運行故障[4]。

4 500kV交流變電站斷路器運行故障的處理措施

4.1 對設(shè)備進(jìn)行定期的清理

清理外部環(huán)境：定期對斷路器及其周圍環(huán)境進(jìn)行清理，清除積塵、臟污和雜物等?？梢允褂梦鼔m器、干凈的布、刷子等工具進(jìn)行清理，確保斷路器的表面干凈。

清洗絕緣部件：絕緣部件的清洗十分關(guān)鍵，可使用適當(dāng)?shù)那逑磩┖蛙洸疾潦媒^緣部件，如斷路器的絕緣罩、觸頭等。注意使用對絕緣材料無損傷的清潔劑，并在清洗后徹底晾干。

檢查和緊固連接部件：定期檢查并緊固斷路器的連接部件，確保各螺栓、螺母等緊固件處于正常狀態(tài)。對于已經(jīng)松動的連接部件，應(yīng)及時進(jìn)行調(diào)整或更換。

潤滑機(jī)械部分：定期對斷路器的機(jī)械部分進(jìn)行潤滑處理，例如觸點、驅(qū)動機(jī)構(gòu)等。要使用適當(dāng)?shù)臐櫥瑒┻M(jìn)行涂抹，確保機(jī)械部分的運動靈活、摩擦小。

檢查和清理電氣控制系統(tǒng)：定期檢查電氣控制系統(tǒng)的接線、連接端子等，確保無松動、腐蝕等問題。同時，清理控制裝置和保護(hù)裝置的內(nèi)部，避免灰塵、濕氣等影響其正常工作。

觸頭磨損檢查：定期檢查斷路器觸頭的磨損情況，如果發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重磨損或者變形，應(yīng)及時更換觸頭。

4.2 提高設(shè)備的質(zhì)量

嚴(yán)格質(zhì)量控制：在生產(chǎn)過程中實施嚴(yán)格的質(zhì)量管理控制，確保原材料的合規(guī)性，嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)和裝配，保證每一臺斷路器的質(zhì)量符合要求。

強(qiáng)化檢測測試：在制造過程中，應(yīng)進(jìn)行必要的檢測測試，包括材料測試、外觀檢查、功能測試等。特別是對于關(guān)鍵部件，如彈簧機(jī)構(gòu)、滅弧室、觸頭等進(jìn)行全面的檢測和試驗，確保其性能和可靠性。

嚴(yán)格的供應(yīng)商管理：與可靠穩(wěn)定的供應(yīng)商建立長期合作關(guān)系，對供應(yīng)商進(jìn)行定期評估和審核，確保其提供的材料和零部件符合質(zhì)量要求，避免因供應(yīng)商問題導(dǎo)致斷路器質(zhì)量問題。

加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督檢查：建立健全的質(zhì)量監(jiān)督體系，對制造過程進(jìn)行全面的監(jiān)督檢查，包括現(xiàn)場巡視、抽檢產(chǎn)品、檢驗記錄審查等，及時發(fā)現(xiàn)并糾正質(zhì)量問題。

加強(qiáng)質(zhì)量培訓(xùn)：對制造過程中的每個環(huán)節(jié)的工作人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，提高其對斷路器質(zhì)量的認(rèn)識和理解，確保工藝操作規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)化。

加強(qiáng)售后服務(wù)：建立完善的售后服務(wù)體系，及時響應(yīng)用戶的需求和問題，并積極解決故障和質(zhì)量問題，不斷改進(jìn)產(chǎn)品性能和可靠性。

4.3 對設(shè)備的二次回路進(jìn)行整改

檢查接線端子：定期檢查斷路器二次回路的接線端子，確保所有連接牢固可靠，無松動或腐蝕情況。如果發(fā)現(xiàn)有異常，應(yīng)及時重新固定或更換端子。

檢查連接線路：檢查斷路器二次回路的連接線路，包括電纜、導(dǎo)線等，確保其絕緣外皮完好、無損傷和老化現(xiàn)象。如發(fā)現(xiàn)有問題，應(yīng)及時更換。

校準(zhǔn)保護(hù)裝置：定期對斷路器的保護(hù)裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，確保其工作參數(shù)符合要求。校準(zhǔn)過程中，應(yīng)按照設(shè)備廠家提供的操作指南進(jìn)行操作，確保校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

清潔絕緣部件：定期清潔斷路器二次回路中的絕緣部件，如絕緣罩、遮蓋板等。使用適當(dāng)?shù)那鍧崉┖蛙洸歼M(jìn)行擦拭，去除污垢和灰塵，確保絕緣性能良好。

檢查測量儀器：對斷路器二次回路中的測量儀器，如電流互感器、電壓互感器等，進(jìn)行定期檢查。檢查其接線是否正確，是否存在損壞或老化等情況。如有問題，應(yīng)及時修復(fù)或更換。

防雷保護(hù)處理：針對交流變電站的特殊環(huán)境，應(yīng)加強(qiáng)對斷路器二次回路的防雷保護(hù)措施。可以采用避雷針、接地網(wǎng)等設(shè)施，確保二次回路不受雷擊影響[5]。

5 結(jié)束語

500kV交流變電站斷路器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，負(fù)責(zé)對電力線路進(jìn)行開關(guān)操作，保障電力系統(tǒng)的安全運行。然而，由于工作環(huán)境惡劣、電流電壓大以及長時間運行等因素，斷路器可能會出現(xiàn)故障。在面對斷路器的運行故障時，應(yīng)該采取科學(xué)有效的處理措施。500kV交流變電站斷路器的運行故障是一個重要的問題，解決方案需要綜合考慮多個因素。在遇到運行故障時，及時采取正確的處理措施至關(guān)重要。