500kV交流變電站斷路器的運(yùn)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）

500kV交流變電站斷路器的運(yùn)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(yùn)維過程中的主要控制以及保護(hù)構(gòu)建，加強(qiáng)其穩(wěn)定性以及可靠性運(yùn)行對變電站的正常運(yùn)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(jī)構(gòu)特點(diǎn)，分析了斷路器發(fā)生機(jī)械故障以及閃絡(luò)故障的原因，以期為業(yè)內(nèi)人士進(jìn)行斷路器的設(shè)計(jì)安裝運(yùn)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(shí)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(shí)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(yùn)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(jìn)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)形式分為三種，具體特點(diǎn)如下：

1.1 彈簧操動(dòng)

此種操動(dòng)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(yùn)用大輸出的彈簧機(jī)構(gòu)時(shí)，會造成較大的振動(dòng)以及沖擊，建設(shè)成本也會更高。

1.2 氣動(dòng)操動(dòng)

在氣動(dòng)操作的斷路器中，利用氣動(dòng)分閘、彈簧合閘。其儲能以及傳動(dòng)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(dòng)作會更快更靈敏，環(huán)境變化對斷路器的機(jī)械動(dòng)作影響小，機(jī)械作用的輸出功率大[2]。但此種操動(dòng)機(jī)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(dòng)

以氮?dú)饣蛘呤堑勺鳛椴賱?dòng)機(jī)構(gòu)的儲能介質(zhì)，傳動(dòng)介質(zhì)為液壓油，這種形式的操動(dòng)介質(zhì)更易獲得的高壓力，其反應(yīng)靈敏動(dòng)作快，不需進(jìn)行運(yùn)維，整體機(jī)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(jī)械故障的原因分析

在多年的實(shí)際工作中，通過統(tǒng)計(jì)可知，在電路運(yùn)行過程中，發(fā)生斷路器故障情況時(shí)，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(dòng)故障所造成的[3]。而在進(jìn)行操動(dòng)部分的故障修理時(shí)，則需要依靠幾種技術(shù)對故障問題進(jìn)行分析判斷。

（1）對合分線圈進(jìn)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(bào)警情況，則表示在斷電器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生了問題。

（2）對合分線圈進(jìn)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(bào)警現(xiàn)象。

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

（4）對操動(dòng)機(jī)構(gòu)的合分速度進(jìn)行監(jiān)測，對過限情況進(jìn)行報(bào)警，在振動(dòng)波形中若發(fā)生異常的速度信息、彈跳信息，則需報(bào)警，避免故障的發(fā)生。

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

（6）在使用彈簧機(jī)構(gòu)的斷路器中，進(jìn)行故障的分析時(shí)，需要查看彈簧的剛度以及壓縮狀態(tài)，確定其傳動(dòng)以及鎖扣的正常，保證電動(dòng)機(jī)在正確的時(shí)間范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而確定機(jī)構(gòu)是否具有故障問題。

（7）檢測控制回路的運(yùn)行狀態(tài)。進(jìn)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(jī)構(gòu)的儲能狀況，在開展上述的故障排除工作時(shí)，需要遵循的基礎(chǔ)點(diǎn)就在于，操作機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)正常，而確保操作機(jī)構(gòu)的常態(tài)工作就需要，對同次操作中的多個(gè)波在不同的時(shí)間、區(qū)域等方面上的情況，進(jìn)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(jī)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(diǎn)，整體的低昂呀幅值在0～2倍相電壓間浮動(dòng)[5]。在發(fā)變組斷路器的運(yùn)行期間，若斷路器的斷口絕緣部位出現(xiàn)由于機(jī)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(jī)組的進(jìn)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(jī)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(hù)動(dòng)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(hù)設(shè)置，但由于保護(hù)設(shè)置的定值通常設(shè)定為機(jī)組耐受水平的最高值，其延時(shí)以及動(dòng)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(hù)值，造成保護(hù)返回的情況發(fā)生。因此無法做到對斷路器端口進(jìn)行有效的閃絡(luò)保護(hù)，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(shí)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(gè)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(bǔ)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(hù)裝置不啟動(dòng)，引發(fā)更為嚴(yán)重的對地障礙。

3.3 保護(hù)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(dòng)熄滅。且不具備有效的保護(hù)設(shè)置，在發(fā)生故障電弧后無法做出及時(shí)的自我保護(hù)，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(yùn)營維護(hù)上加強(qiáng)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(shí)，進(jìn)行精細(xì)的挑選，確保所用器材符合實(shí)際的電力運(yùn)行需求，同時(shí)改進(jìn)斷路器的斷口閃絡(luò)保護(hù)設(shè)置，從實(shí)際的使用需求出發(fā)，設(shè)置與之相符的保護(hù)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(yàn)，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(jī)制、特點(diǎn)，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(qiáng)對其它斷路器故障問題的探討分析，不斷地實(shí)踐創(chuàng)新，從而科學(xué)化的解決斷路器故障問題，促進(jìn)電力產(chǎn)業(yè)的長足發(fā)展。

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