淺析高壓斷路器的故障原因

朱俊清　黃磊　王鐸

【摘 要】高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的控制電器之一，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接影響系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行?；跀嗦菲髦匾饔?，介紹了高壓斷路器的常見故障并對各種故障的原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，為電力系統(tǒng)的運(yùn)行和檢修人員提供參考。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；高壓斷路器；故障原因

由于受設(shè)計、生產(chǎn)、運(yùn)行工況、檢修與維護(hù)、電動力及大電流沖擊等因素的影響，斷路器在系統(tǒng)中發(fā)生故障的幾率較大。下面詳細(xì)介紹高壓斷路器的故障及其產(chǎn)生原因。

1.絕緣故障

因絕緣問題而引發(fā)高壓斷路器故障發(fā)生的次數(shù)是最多的，主要有內(nèi)、外絕緣對地閃絡(luò)擊穿，相間絕緣閃絡(luò)擊穿，雷電過電壓擊穿，瓷套管、電容套管污閃、閃絡(luò)、擊穿、爆炸，絕緣拉桿閃絡(luò)，電流互感器閃絡(luò)、擊穿、爆炸等。其中以內(nèi)絕緣故障、外絕緣和瓷套閃絡(luò)故障發(fā)生次數(shù)較多。

1.1內(nèi)絕緣故障

在斷路器安裝或運(yùn)行過程中，斷路器內(nèi)出現(xiàn)的異物或剝落物可導(dǎo)致斷路器本體內(nèi)發(fā)生放電。此外，因觸頭及屏蔽罩安裝位置不正而引起的金屬顆粒磨損脫落也可導(dǎo)致斷路器內(nèi)部發(fā)生放電。

1.2外絕緣和瓷套閃絡(luò)故障

主要原因是瓷套的外型尺寸和外絕緣泄露比距不符合標(biāo)準(zhǔn)要求以及瓷套的質(zhì)量有缺陷。由于斷路器與開關(guān)柜不匹配、柜內(nèi)隔板吸潮、絕緣距離不夠、爬電比距不足、無加強(qiáng)絕緣措施等原因?qū)е赂邏洪_關(guān)柜發(fā)生絕緣故障的次數(shù)也較多，主要有電流互感器閃絡(luò)、柜內(nèi)放電和相間閃絡(luò)等。此外開關(guān)柜內(nèi)元件有質(zhì)量缺陷也將導(dǎo)致相間短路故障。

2.拒動故障

高壓斷路器的拒動故障包括拒分和拒合故障。其中拒分故障最嚴(yán)重，可能造成越級跳閘從而導(dǎo)致系統(tǒng)故障，擴(kuò)大事故范圍。造成斷路器拒動主要有機(jī)械原因和電氣原因。

2.1機(jī)械原因

機(jī)械故障主要由生產(chǎn)制造、安裝調(diào)試、檢修等環(huán)節(jié)引發(fā)。因操動機(jī)構(gòu)及其傳動系統(tǒng)機(jī)械故障而引發(fā)斷路器拒動占拒動故障65%以上，具體故障有機(jī)構(gòu)卡澀，部件變形、位移、損壞、軸銷松斷，脫扣失靈等。

2.2電氣原因

由電氣控制和輔助回路故障而引發(fā)。具體故障有分合閘線圈燒損、輔助開關(guān)故障、合閘接觸器故障、二次接線故障、分閘回路電阻燒毀、操作電源故障，保險絲燒斷等。其中分合閘線圈燒損一般因機(jī)械故障而引起線圈長時間帶電所致；輔助開關(guān)及合閘接觸器故障雖表現(xiàn)為二次故障，實(shí)際多為接點(diǎn)轉(zhuǎn)換不靈或不切換等機(jī)械原因引起；二次接線故障基本是由于二次線接觸不良、斷線及端子松動引起。

3.誤動故障

高壓斷路器的誤動主要是由二次回路故障、液壓機(jī)構(gòu)故障和操動機(jī)構(gòu)故障引起。

（1）二次回路。二次回路故障主要由因接線端子排受潮絕緣降低，合閘回路和分閘回路接線端子間發(fā)生放電而產(chǎn)生的二次回路短路引發(fā)。此外還有二次電纜破損、二次元件質(zhì)量差、斷路器誤動、繼電保護(hù)裝置誤動等原因。

（2）液壓機(jī)構(gòu)。斷路器出廠時因閥體緊固不夠、裝配不合格、清潔度差而造成密封圈損壞，從而促發(fā)液壓油泄露或機(jī)械機(jī)構(gòu)泄壓，最終導(dǎo)致斷路器強(qiáng)跳或閉鎖。

（3）彈簧操動機(jī)構(gòu)。檢修斷路器時，因調(diào)整操動機(jī)構(gòu)分（合）閘摯子使彈簧的預(yù)壓縮量不當(dāng)，導(dǎo)致彈簧機(jī)構(gòu)無法保持而引起斷路器自分或自合。

4.開斷與關(guān)合故障

少油和真空斷路器出現(xiàn)開斷與關(guān)合故障較多，主要集中于7.2～12kV電壓范圍內(nèi)。少油斷路器發(fā)生故障主要是因為噴油短路燒損滅弧室，導(dǎo)致斷路器開斷能力不足，在關(guān)合時發(fā)生爆炸；真空斷路器發(fā)生故障主要是因為真空滅弧室真空度下降，導(dǎo)致真空斷路器開斷關(guān)合能力下降，引起開斷或關(guān)合失敗；SF6斷路器發(fā)生故障主要是由于SF6氣體泄漏或者微水含量超標(biāo)引起滅弧能力下降。

5.載流故障

載流故障主要是由于觸頭接觸不良過熱或者引線過熱而造成。觸頭接觸不良是由于裝配過程沒有使動、靜觸頭完全對準(zhǔn)或?qū)?zhǔn)偏差過大，操作過程中滅弧室噴口與靜弧觸頭碰撞導(dǎo)致噴口斷裂造成開關(guān)事故。7.2-12kV電壓等級開關(guān)柜發(fā)生載流故障主要是由于開關(guān)柜中觸頭燒融或隔離插頭接觸不良過熱導(dǎo)致燃弧而引發(fā)。

6.外力和其他故障

外力和其他故障主要為泄露故障和部件損壞，主要包括：氣動部分漏氣、液壓部分漏油、斷路器本體漏油等，約占此類故障的55%以上。

6.1泄露故障

主要由氣動部分漏氣和液壓部分漏油引發(fā)（內(nèi)漏也引發(fā)打壓頻繁）。泄露一般由閥系統(tǒng)密封不嚴(yán)、密封圈（墊）老化損壞、壓力表接口部分泄露、壓力泵接頭質(zhì)量差和清潔度差而引起，此外安全閥動作值錯誤、環(huán)溫升高致安全閥誤動以及安全閥動作后不復(fù)位都會引發(fā)泄壓。由于生產(chǎn)制造水平的限制，國產(chǎn)斷路器液壓機(jī)構(gòu)露油現(xiàn)象普遍，SF6斷路器本體或者氣動部分泄露點(diǎn)主要位于表計和管路的接頭處。

6.2部件損壞

易損壞的部件主要有傳動機(jī)構(gòu)部件、密封部件、閥體及拉桿等。損壞主要是由于傳動部件機(jī)械強(qiáng)度不足、密封部件質(zhì)量差而引起，此外安裝、檢修水平不高，發(fā)現(xiàn)隱患不及時也將使斷路器缺陷加劇而形成故障。密封件質(zhì)量差易老化或是安裝或檢修中，密封件因受損、安裝位置不正或緊固力過大而變形是密封件損壞的主要原因。

7.選擇斷路器需要考慮的一些次要因素

輔助接點(diǎn)（輔助開關(guān)）：它們是與主接點(diǎn)電隔離的接點(diǎn)，適用于報警和程序開關(guān)。輔助接點(diǎn)可用于向操作人員或控制系統(tǒng)告警，發(fā)出警報，或在重要應(yīng)用中接通備用電源。

傳動：傳動器類型的選擇不僅是出于美觀的考慮。具有開關(guān)速度是通/斷開關(guān)兩倍的傳動搖桿開關(guān)的斷路器能夠節(jié)約成本和電路板空間。推挽式傳動器在遇到突發(fā)事件時最為穩(wěn)定。

分流端子：傳統(tǒng)斷路器被認(rèn)為是“串聯(lián)跳閘”的，這是因為接點(diǎn)、電流感應(yīng)元件和負(fù)載都是串聯(lián)的。分流端子從主電路分出支路，這樣可將次級負(fù)載接入。如果初級負(fù)載發(fā)生了短路或過載，斷路器將跳閘并切斷兩個負(fù)載的電源。

與輔助接點(diǎn)不同，分流端子是接到位于開關(guān)接點(diǎn)和電流感應(yīng)元件之間的斷路器載流通路的，這意味著第二個負(fù)載不受過載或短路保護(hù)?？梢圆捎靡粋€獨(dú)立的斷路器來保護(hù)次級電路，否則該電路只可用于具有內(nèi)置保護(hù)電路的設(shè)備。

復(fù)式控制（遙控跳閘或繼電器跳閘）：復(fù)式控制斷路器將兩個彼此電隔離的感應(yīng)元件組合起來以實(shí)現(xiàn)多項功能。例如，復(fù)式控制斷路器可利用遙控傳動器或感應(yīng)器來進(jìn)行傳統(tǒng)的過流保護(hù)以及電路斷接。遙控跳閘是復(fù)式控制的一個例子，通常被稱為“繼電器跳閘”。

低壓跳閘：這是斷路器中一個獨(dú)立的電壓敏感元件，如果電壓降到預(yù)定值以下，它將使主接點(diǎn)開路。具有低電壓跳閘的開關(guān)斷路器被廣泛用于有線連接電器的通/斷控制。安全管理部門要求這些電器在發(fā)生掉電時必須切斷電源，以避免電源恢復(fù)時電器突然重新啟動的危險。

自動跳閘：一個自動跳閘的斷路器在故障期間不會一直保持閉合—因為開關(guān)裝置不會因強(qiáng)行保持傳動器接通而失效。在一個完全自動跳閘的設(shè)計中，當(dāng)傳動器被保持在“接通”位置時，主接點(diǎn)在發(fā)生故障之后將始終保持開路。一些被稱為“循環(huán)自動跳閘”的斷路器在故障期間不能強(qiáng)行保持接通狀態(tài)，但如果傳動器一直處在“接通”的位置，則它們將周期性地接通和斷開。如果斷路器安裝在容易夠得著的地方（即未封閉），則應(yīng)采用自動跳閘斷路器。

自動復(fù)位：對于斷路器不易夠著的應(yīng)用來說，在冷卻期后自動復(fù)位的斷路器是一個良好的選擇。此時若指定使用可自動再起動的設(shè)備，則發(fā)生危險的可能性很大。