高壓斷路器常見故障檢修及狀態(tài)監(jiān)測(cè)如何開展
2024.04.01高壓斷路器作為電力系統(tǒng)中不可或缺的裝置，起著重要的保護(hù)和控制作用，特別是在電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大的情況下，高壓斷路器所發(fā)揮的作用越來越重要，當(dāng)然對(duì)它的運(yùn)行也提出了更高的要求，因此，保障高壓斷路器的安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。
提高高壓斷路器運(yùn)行水平的方法主要有兩種：一是高壓斷路器本身生產(chǎn)質(zhì)量的提高;二是實(shí)施必要的檢修和維護(hù)減少或者避免故障的發(fā)生。但由于電力系統(tǒng)中所使用的高壓斷路器數(shù)量眾多，以傳統(tǒng)的計(jì)劃檢修方式來維持高壓斷路器的正常運(yùn)行逐漸凸顯出諸多問題，如工作量大、成本高、檢修不徹底等，已經(jīng)無法滿足大規(guī)模高壓斷路器的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，基于此，有必要對(duì)高壓斷路器實(shí)施針對(duì)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行工況的在線監(jiān)測(cè)，以便實(shí)時(shí)掌握斷路器的工作狀況、缺陷部位，減少不必要的停電試驗(yàn)和檢修，提高故障診斷的有效性，保證斷路器運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。
與國外相比，我國斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)還處于發(fā)展階段，因此，對(duì)其進(jìn)行研究無疑具有更為實(shí)際的意義。文章以高壓斷路器常見故障及檢修為基礎(chǔ)，針對(duì)性的根據(jù)易發(fā)故障的重要部位和常見的故障類型提出狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，從而為故障診斷提供精確的數(shù)據(jù)參考，以便準(zhǔn)確、快速的根據(jù)故障實(shí)況采取有效的故障檢修方法。
1.斷路器常見故障
斷路器的工作狀態(tài)直接關(guān)系著電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性，對(duì)斷路器的常見故障及檢修方法的總結(jié)和歸納是進(jìn)行深入研究斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的基礎(chǔ)，這對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的確定，及準(zhǔn)確的故障診斷和快速的故障處理具有重要意義。筆者對(duì)所在單位近幾年斷路器的故障進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)表明，拒動(dòng)、誤動(dòng)、絕緣、載流等故障最為突出，需要根據(jù)不斷類型的故障采取不同的檢修方法，具體歸納如下。
1.1 拒動(dòng)故障
高壓斷路器拒動(dòng)故障分為拒分故障和拒合故障兩種，其中拒分最為嚴(yán)重，往往會(huì)導(dǎo)致越級(jí)跳閘，造成系統(tǒng)故障，擴(kuò)大事故范圍，拒動(dòng)故障的產(chǎn)生是由多方面因素導(dǎo)致的。
首先是機(jī)械方面。操動(dòng)機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械故障是導(dǎo)致高壓斷路器拒動(dòng)的主要原因。故障的診斷和處理需差異化對(duì)待，對(duì)于液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)導(dǎo)致的故障，先檢查氣壓表及其低壓閉鎖裝置，核查低壓閉鎖裝置動(dòng)作是否正確，液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)部及其液壓回路檢查由專業(yè)人員處理;對(duì)于氣動(dòng)操作機(jī)構(gòu)導(dǎo)致的故障，查看是否因?yàn)閴嚎s空氣管道回路中排水不及時(shí)而產(chǎn)生的凍結(jié)導(dǎo)致的，若存在凍結(jié)，應(yīng)立即解凍，排凈水污，然后檢查壓縮空氣管道回路中各部件是否正常運(yùn)行，證實(shí)低氣壓閉鎖動(dòng)作的正確性;若都沒有問題，則可能是內(nèi)部元件及壓縮空氣管道回路故障。
其次是電氣方面，側(cè)重于電氣控制和輔助回路方面的問題，如分合閘線圈燒損、端子排接線脫落、輔助開關(guān)節(jié)點(diǎn)接觸不良等。在診斷電氣故障時(shí)，先檢查電氣控制回路的直流電源電壓，若電壓值低于規(guī)定值，需調(diào)整到規(guī)定值，然后在運(yùn)行的狀態(tài)下對(duì)電氣控制回路及其原件進(jìn)行檢查，操動(dòng)機(jī)構(gòu)輔助原件導(dǎo)致的故障需專業(yè)人員處理。
最后是斷路器本體及其中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障。如滅弧室動(dòng)調(diào)整不當(dāng)、動(dòng)觸頭絕緣拉桿脫落、動(dòng)觸頭的絕緣拉桿損壞（折斷）等。斷路器本體及中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障所致的拒動(dòng)故障，同樣應(yīng)先檢查壓力表及其低壓閉鎖裝置動(dòng)作的正確性，查看SF6氣體壓力降低是否是低溫所致，斷路器加熱裝置運(yùn)行是否正常，若存在故障，應(yīng)作恢復(fù)處理;如果是漏氣所致，應(yīng)補(bǔ)充氣體后，退出運(yùn)行檢查;若內(nèi)部元件存在故障，需退出后處理。
1.2 斷路器誤動(dòng)故障
高壓斷路器誤動(dòng)故障的產(chǎn)生主要是由二次回路接線和操動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械故障引起的。操動(dòng)機(jī)構(gòu)中分合閘電磁鐵動(dòng)作電壓低，當(dāng)操作控制回路中直流系統(tǒng)接地時(shí)，斷路器誤分或者誤合。另外，操動(dòng)機(jī)構(gòu)分合閘電磁鐵鎖扣扣入太少，當(dāng)運(yùn)行中斷路器周圍因某種原因有振動(dòng)時(shí)，使其在無指令時(shí)會(huì)自行分合閘。
對(duì)于以上兩種斷路器誤動(dòng)故障的診斷和處理措施如下：首先檢查設(shè)備控制回路的直流系統(tǒng)有無接地故障，然后查看附近相關(guān)地點(diǎn)或工作有無強(qiáng)烈振動(dòng)，排除周圍環(huán)境或者是人為因素后，退出運(yùn)行后檢查處理。
1.3 絕緣故障
從筆者所統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)得出，高壓斷路器的絕緣故障發(fā)生的次數(shù)也是比較多的，其中，內(nèi)絕緣故障、外絕緣和瓷套閃絡(luò)故障最為常見。外絕緣故障一般較容易檢查和處理，對(duì)于高壓斷路器內(nèi)部存在異物的內(nèi)絕緣故障需要專業(yè)人士進(jìn)行檢查。
1.4 載流故障
斷路器載流故障主要是由于觸頭接觸不良過熱或者是引線過熱造成的，這種狀況下應(yīng)聯(lián)系電力調(diào)度部門減輕負(fù)荷。新安裝的斷路器觸頭接觸不良主要是由于動(dòng)觸頭與靜觸頭沒有對(duì)中，接觸不良導(dǎo)致載流或絕緣事故，此時(shí)需要加強(qiáng)監(jiān)視，減少負(fù)荷，做好解體檢查準(zhǔn)備。
1.5 泄露故障
對(duì)于液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)，可能由于高壓放油閥關(guān)閉或密封不嚴(yán)、液壓油管道回路中接頭有漏油等導(dǎo)致的液壓機(jī)構(gòu)漏油;對(duì)于氣動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，可能是壓縮空氣回路管道接頭有漏油、儲(chǔ)氣罐的放水閥關(guān)閉不嚴(yán)等導(dǎo)致的氣動(dòng)機(jī)構(gòu)漏氣。
發(fā)生液壓機(jī)構(gòu)漏油故障，應(yīng)對(duì)液壓油回路管道進(jìn)行細(xì)致檢查，發(fā)現(xiàn)截止閥關(guān)閉不嚴(yán)的地方立即關(guān)好;對(duì)于氣動(dòng)機(jī)構(gòu)漏氣的情況，對(duì)機(jī)構(gòu)的壓縮空氣回路管道的閥門和連接部位檢查是否滲漏，對(duì)機(jī)構(gòu)及其回路中的閥體和部件發(fā)現(xiàn)異常時(shí)退出運(yùn)行后查明故障。
除了以上所述各類故障外，還有高壓斷路器開斷、關(guān)合故障以及部件損壞故障等，可以看出，高壓斷路器故障類型太多，都有可能對(duì)其正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，加上斷路器數(shù)量的不斷增多，若依舊沿用傳統(tǒng)的計(jì)劃檢修模式，很難滿足目前電力系統(tǒng)運(yùn)行和發(fā)展需求，迫切需要實(shí)施基于實(shí)時(shí)運(yùn)行的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。
2.高壓斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)
從目前我國的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，目前還無法針對(duì)高壓斷路器的每一個(gè)部位實(shí)施針對(duì)性的在線監(jiān)測(cè)，因此，筆者根據(jù)上文所總結(jié)的各類故障，基于監(jiān)測(cè)技術(shù)的可行性及監(jiān)測(cè)部位的重要性，提出以下具體在線監(jiān)測(cè)策略。
2.1 滅弧室在線監(jiān)測(cè)
高壓斷路器優(yōu)良的絕緣和滅弧性能是其被廣泛應(yīng)用的重要原因，但在實(shí)際運(yùn)行過程中，多種因素的共同作用會(huì)導(dǎo)致滅弧性能和絕緣性能會(huì)降低。SF6高壓斷路器滅弧室最常見的故障是泄漏問題與微水超標(biāo)問題，泄漏問題可通過檢測(cè)氣體壓力或密度來檢測(cè)。
2.1.1 SF6氣體密度的監(jiān)測(cè)
SF6性能主要取決于它的密度，密度降低會(huì)導(dǎo)致其絕緣性能和滅弧性能的降低。另外，由于密度的降低主要是由于氣體的泄露引起的，而氣體的泄漏將帶來外界水分的滲透，最后導(dǎo)致 SF6氣體中含水量增多，因此，對(duì)實(shí)際運(yùn)行的SF6氣體密度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)是很必要的，但監(jiān)測(cè)氣體的密度又是非常困難的。因此，可通過監(jiān)測(cè)氣體的壓力來反映氣體的密度。
在此情況下斷路器通常設(shè)有兩級(jí)警告信號(hào)，即一級(jí)補(bǔ)氣壓力信號(hào)和二級(jí)閉鎖壓力信號(hào)。通常狀況下，補(bǔ)氣壓力信號(hào)低于額定氣壓約10%，閉鎖壓力又低5%。另外，在滅弧室沒有發(fā)生泄漏的情況下，氣體的壓力還與溫度有關(guān)，氣室的壓力隨著溫度的上升而升高，在工程實(shí)踐中，根據(jù)測(cè)量時(shí)的溫度便可在SF6溫度特性曲線上查出當(dāng)時(shí)的氣體壓力值，然后判斷滅弧室的泄漏情況。
可能造成斷路器運(yùn)行發(fā)出SF6氣體壓力低于規(guī)定值信號(hào)的原因主要有以下幾點(diǎn)：一是地區(qū)冬季氣溫突然大幅增加;二是監(jiān)視氣體壓力報(bào)警系統(tǒng)故障;三斷路器主體密封面或氣體壓力表接頭充氣、或取氣樣氣閥密封不嚴(yán)實(shí)有嚴(yán)重漏氣;對(duì)于第一種情況，SF6氣體確因冬季氣溫突然大幅下降而降低，應(yīng)對(duì)罐體加溫設(shè)施進(jìn)行檢查，并投入運(yùn)行;對(duì)于第二種情況，對(duì)SF6氣體密度繼電器和氣體壓力表的指示值進(jìn)行核對(duì)，找出誤發(fā)信號(hào)原因進(jìn)行處理;對(duì)于第三種情況，如因漏氣造成壓力降低，首先應(yīng)給斷路器補(bǔ)充SF6氣體，在查明漏氣處是否是壓力表、充氣或取氣樣閥等處，條件允許的話可以在運(yùn)行中進(jìn)行處理，如果是套管法蘭、工作孔蓋板等相關(guān)連接面密封造成漏氣，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視，退出運(yùn)行后進(jìn)行處理。
2.1.2 斷路器微水含量的監(jiān)測(cè)
SF6氣體中的水分會(huì)使得其絕緣性能和滅弧性能就會(huì)顯著下降。另外，其工頻閃絡(luò)電壓也會(huì)隨之下降。此外，還會(huì)導(dǎo)致斷路器觸頭發(fā)生電弧放電時(shí)產(chǎn)生有潛在危險(xiǎn)的化學(xué)物質(zhì)。綜上，對(duì)斷路器的微水含量在線監(jiān)測(cè)是及其必要的。SF6氣體含水量的測(cè)量方法有重量法、電解法、露點(diǎn)法、電容法等，不同的測(cè)量方法會(huì)得到不同的測(cè)量結(jié)果，筆者建議采用電解法和露點(diǎn)法作為日常的測(cè)量方法。
造成SF6氣體中微水含量超過規(guī)定或接近允許的最大值的原因是多方面的，需嚴(yán)格按照監(jiān)測(cè)工藝規(guī)定排除測(cè)量儀器中原有的空氣后取氣分析，得出正確數(shù)值;監(jiān)測(cè)補(bǔ)氣時(shí)的操作;以上兩者均無問題，則對(duì)該斷路器加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，如果運(yùn)行中的SF6氣體的微水含量繼續(xù)上升且速度較快，則應(yīng)該將斷路器退出運(yùn)行進(jìn)行徹底處理;結(jié)合前述內(nèi)容確定SF6斷路器實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)內(nèi)容如下：氣壓、密度、露點(diǎn)值、微水含量、工作環(huán)境溫度、氣壓變化率、20℃時(shí)氣壓。
2.2 高壓斷路觸頭電壽命的在線監(jiān)測(cè)
斷路器每次開合都會(huì)使斷路器觸頭產(chǎn)生一定的損傷，一般以觸頭在開斷時(shí)的磨損來衡量斷路器電壽命，它是衡量斷路器的重要指標(biāo)之一，因此，電壽命是斷路器在線監(jiān)測(cè)的重要參數(shù)。影響斷路器電壽命的因素有很多，主要因素是電磨損，包括滅弧室、滅弧介質(zhì)、觸頭這三方面，起決定性作用的是觸頭的電磨損。目前，對(duì)電壽命的研究計(jì)算很多，如累計(jì)開斷電流或電弧能量法、累計(jì)開斷電流加權(quán)法、計(jì)及燃弧時(shí)間加權(quán)評(píng)估法、觸頭相對(duì)電磨損與相對(duì)電壽命法等。
這些方法中，只有計(jì)及燃弧時(shí)間加權(quán)評(píng)估法可直接計(jì)算出觸頭的電磨損，其他方法均是間接表征電磨損;其次，觸頭相對(duì)電磨損與相對(duì)電壽命法可以針對(duì)不同種類的斷路器進(jìn)行評(píng)估，也可以較準(zhǔn)確的表征斷路器的電磨損情況。由于另外兩種方法中可耗總量也是可以求取的，所以也可以很好地描述電磨損的損耗情況。在此，筆者建議選取觸頭相對(duì)電磨損與相對(duì)電壽命法實(shí)施在線監(jiān)測(cè)。
3.結(jié)語
文章根據(jù)高壓斷斷器的故障類型主要從兩個(gè)方面實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)，為后期的故障診斷和處理提供參考，減少故障發(fā)生率，提高故障處理效率，以保障電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，如上文所述，目前的監(jiān)測(cè)技術(shù)無法對(duì)高壓斷路器每一個(gè)可能出現(xiàn)故障的部位進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，因此，需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究，提高斷路器的綜合監(jiān)測(cè)效率。
