500kV交流變電站斷路器的運行情況及故障原因分析

林彥君

（國網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行情況及故障原因分析

林彥君

（國網福建省電力有限公司檢修分公司）

斷路器作為在500kV交流變電站的運維過程中的主要控制以及保護構建，加強其穩定性以及可靠性運行對變電站的正常運轉是十分重要的。本文簡要概述了在500kV交流變電站中的基礎斷路器操作機構特點，分析了斷路器發生機械故障以及閃絡故障的原因，以期為業內人士進行斷路器的設計安裝運維工作提供借鑒參考。

500kV交流變電；斷路器；情況；故障

伴隨著超高電網的時代化發展，500kV交流變電站建設數量明顯增多。與220kV交流變電站不同，500kV交流變電站的電網設置工作更為復雜，而在實際的工作過程中，經常發生由于斷路器故障問題而造成的變電站停運情況發生。因此，更好的完善斷路器故障的查找分析工作，促進斷路故障的有效預防修復，對電力產業的健康發展有著十分重要的作用。

1 500kV交流變電站斷路器的操動機構

在常規的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，其主要的操動機構形式分為三種，具體特點如下：

1.1 彈簧操動

此種操動結構的構造簡單，整體斷路器的制造工藝中等，且斷路器的體積小、對周遭環境的污染小，具有高度的適應性，穩定性。但在出力性以及負載性能上較差，且此類斷路器對反力十分敏感，整體的輸出功率不高，因此運用大輸出的彈簧機構時，會造成較大的振動以及沖擊，建設成本也會更高。

1.2 氣動操動

在氣動操作的斷路器中，利用氣動分閘、彈簧合閘。其儲能以及傳動的介質為壓縮空氣，以壓縮空氣作為介質的好處就在于其慣性較小，且斷路器的反應動作會更快更靈敏，環境變化對斷路器的機械動作影響小，機械作用的輸出功率大[2]。但此種操動機構的結構更為復雜，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，且不會發生反力敏感。

1.3 液壓操動

以氮氣或者是碟簧作為操動機構的儲能介質，傳動介質為液壓油，這種形式的操動介質更易獲得的高壓力，其反應靈敏動作快，不需進行運維，整體機構的輸出功高，噪聲污染小，具穩定性。能與斷路器形成良好的負載及出力，不發生反力敏感作用。但制造復雜、受環境影響，對制造用材要求高。

2 斷路器機械故障的原因分析

在多年的實際工作中，通過統計可知，在電路運行過程中，發生斷路器故障情況時，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故障所造成的[3]。而在進行操動部分的故障修理時，則需要依靠幾種技術對故障問題進行分析判斷。

（1）對合分線圈進行電流波形的檢測，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數據信息，其中包含線圈接通是否正常，鐵心部位是否出現卡澀情況等，若出現報警情況，則表示在斷電器的操動機構產生了問題。

（2）對合分線圈進行回路斷路的檢測，若在線圈部位出現斷路則會出現報警現象。

（3）對斷路器的全時段行程進行監控，發生過沖以及過限情況時，將發出警報，提示故障的發生。

（4）對操動機構的合分速度進行監測，對過限情況進行報警，在振動波形中若發生異常的速度信息、彈跳信息，則需報警，避免故障的發生。

（5）發生異常的機械振動，若關鍵部位的機械構建發生非常規的振動信號，則需繼續擰報警[4]。在高壓交流變電站中的斷路器合分過程中，其機械的振動具有復雜的振動波形，整體的波形往往是由多個不同類型的子波綜合形成的，因此針對性的對每一個子波進行分析，可以將特定子波所對應的事件、時間、地點表現出來，同時獲取機械操作部分的信息，同觀判斷振型波動的情況，判斷出機械傳統系統是否出現故障以及隱形故障。在進行波形的分析時主要采用的是形狀比較、統計處理、波形分析等方法，為確保分析的準確性，振動傳感器的安裝位置需要精確布置。

（6）在使用彈簧機構的斷路器中，進行故障的分析時，需要查看彈簧的剛度以及壓縮狀態，確定其傳動以及鎖扣的正常，保證電動機在正確的時間范圍內運轉，從而確定機構是否具有故障問題。

（7）檢測控制回路的運行狀態。進行控制回路的監測能夠有效的發現由于斷路器中出現的輔助開關基礎不良等情況，引起的拒分以及拒合的故障情況。

（8）分析操作機構的儲能狀況，在開展上述的故障排除工作時，需要遵循的基礎點就在于，操作機構的工作狀態正常，而確保操作機構的常態工作就需要，對同次操作中的多個波在不同的時間、區域等方面上的情況，進行橫向的對比，從而得出診斷性的結論。

3 斷路器斷口閃絡故障的原因分析

在斷路器的斷口閃絡故障問題中，較多發生此種狀況的為發變組斷路器以及帶并聯電抗器線路斷路器。

3.1 發變組斷路器

對于發變組斷路器，其機組在并網的過程中，系統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，整體的低昂呀幅值在0～2倍相電壓間浮動[5]。在發變組斷路器的運行期間，若斷路器的斷口絕緣部位出現由于機械外力原因或是其他原因索早車能夠的缺陷問題，將會引發斷路器的短路閃絡現象發生。在發生短路閃絡后，機組的進出同步，故障電流較小，并且出現具有間歇性，不具備對地保障，母線電壓、機端電壓屬于正常范圍，所以不會出現相應的閃絡保護動作。盡管在發變組的斷路器中會設置相關的閃絡保護設置，但由于保護設置的定值通常設定為機組耐受水平的最高值，其延時以及動作的定值長，將常出現發生斷路器閃絡后的故障電流只會在短瞬間達到保護值，造成保護返回的情況發生。因此無法做到對斷路器端口進行有效的閃絡保護，引發后期的對地故障問題發生。在發變組斷路器中產生的故障波型可參考圖1。

圖1 500kV變電站中發變組斷路器中產生的故障波型

3.2 帶并聯電抗器線路斷路器

對帶并聯電抗器線路斷路器，在最后的一組斷路器跳開后，在并聯電抗器以及輸電線路中的電容之間會產生充放電現象，此時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]。在這個過程中所出現的電壓幅值，主要受到分閘相位以及線路的并聯補償程度影響，在部分情況下斷口的暫態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，則易引發斷口的閃絡現象發生。在發生閃絡情況后，故障電流是輸電線路中通過帶并聯電抗器的空充電流，一般在幾十到幾百安，對地短路電流大于此值，出現這一現象不會產生對地故障，線路中的電壓均屬正常值范圍，尤其引發保護裝置不啟動，引發更為嚴重的對地障礙。

3.3 保護措施

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電抗器線路斷路器還是發變組式斷路器，一旦在分閘情況下出現斷口的閃絡現象，不管閃絡現象是發生在斷路器的外側還是出現在滅弧室內，其電弧都無法自動熄滅。且不具備有效的保護設置，在發生故障電弧后無法做出及時的自我保護，導致斷路器長期受到影響，使電弧受到長期燃燒，導致瓷套發熱，SE6劣化，嚴重后直接引發斷路器的爆炸，造成事故的嚴重化。

為避免此類斷路器故障情況的發生，應在變電站日常的運營維護上加強管理，提高斷路器的斷口絕緣優化，提升其使用的可靠性，在繼續擰斷路器的選擇時，進行精細的挑選，確保所用器材符合實際的電力運行需求，同時改進斷路器的斷口閃絡保護設置，從實際的使用需求出發，設置與之相符的保護額定值，從而避免嚴重的斷路器故障事故的發生。

4 結束語

綜上所述，結合筆者多年的工作經驗，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生機制、特點，以及問題位置。在將來的斷路器故障預防以及解決過程中，工作人員需要更多的加強對其它斷路器故障問題的探討分析，不斷地實踐創新，從而科學化的解決斷路器故障問題，促進電力產業的長足發展。

[1]許楊，陳小軍，李鋒鋒，郝躍東，歐陽震，蘇豐，劉斯佳，劉嬌.550kV斷路器典型故障分析[J].高壓電器，2013，12（06）：80～87.

[2]徐黨國，李 雨，孫云生，劉平，駱立實，張恩偉.500kV斷路器斷口擊穿故障與防護措施分析[J].高壓電器，2013，03（11）：59～63+68.

[3]劉楊名，江福官，顧愛斌.高壓斷路器拒動原因分析及解決方案[J].高壓電器，2012，02（07）：90～94+98.

[4]陳保倫，文亞寧.斷路器彈簧操動機構介紹[J].高壓電器，2010，10（13）：75～80.

[5]呼延斌.ZN12-10型真空斷路器常見故障原因分析及處理[J].現代電子技術，2010，22（14）：208～210.

[6]萬磊，范冕，何慧雯.500kV大型水電站主變壓器側避雷器優化[J].電力建設，2014，03（09）：83～88.

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