變電站內SF6斷路器性能特點及其運行維護

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(國網新疆電力公司昌吉供電公司，新疆維吾爾族自治區 昌吉 831100)

1 SF6斷路器結構特征

1.1 SF6斷路器本體結構

常見的高壓斷路器按滅弧介質劃分，為油、少油、空氣、真空、SF6斷路器。其中，油斷路器體積大，使用絕緣油作為滅弧介質，增加了操作中爆炸和火災的危險性，安全性差，且檢修、維護工作量大，原材料消耗大經濟成本高，因此已逐漸被淘汰。空氣、真空斷路器滅弧性能相比SF6斷路器滅弧性能差，遮斷容量低，操作中易產生操作過電壓。SF6斷路器始用于20世紀50年代初，以其優異的絕緣和滅弧性能被廣泛推廣應用至今。

SF6斷路器本體由開斷元件、支持元件、操動機構、傳動系統4個主要部分組成。其中：

(1)開斷元件

主要部位為滅弧室，按滅弧能量的來源分自能式和外能式，按吹弧方向分橫吹、縱吹兩種。還包括導電觸頭：按功能分主觸頭、弧觸頭、控制觸頭和輔助觸頭，按觸頭所處位置分靜觸頭、動觸頭、中間觸頭。

(2)支持元件

包括支撐構架底座、斷路器外殼、支持瓷套；

(3)操作(動)機構

SF6斷路器按其操作(動)機構劃分，為電磁式、氣動式、彈簧式、液壓式。SF6斷路器多使用彈簧或液壓式操動機構，其中液壓機構操作噪音小，動作平穩，但造價較高。液壓式SF6斷路器的控制和操作元件以及線路通常設于機構箱內，單相或三相斷路器結構中通常下部裝有一套液壓機構動力元件，如液壓工作缸等，滅弧室由液壓工作缸直接操動。

(4)傳動系統

主要包括機械傳動和變直機構。 傳動方式有：杠桿傳動、四連桿傳動、齒輪傳動、鏈條輪及凸輪傳動。其中將分合閘操作弧形運動變為動觸桿的直線運動，有以下變直機構：有導向的變直機構，即搖桿機構；無導向的變直機構，即準確橢圓和近似橢圓機構；混合式變直機構。

1.2 SF6斷路器整體結構

按整體結構劃分，變電站中常用的SF6斷路器主要為罐式結構和瓷柱式結構。

1.2.1罐式結構

罐式SF6斷路器是斷路器和電流互感器組合構成的復合電器，其外殼是金屬材料，因此也被稱為金屬外殼式。以高壓三相斷路器為例，通常由三個可以獨立操作的單極和一個匯控柜組成，每個斷路器單極都配有各自的彈簧液壓機構。罐式高壓SF6斷路器滅弧單元安裝在與低電位相連的金屬罐體內，罐體上部安裝進出線套管，承接進出引線。整個斷路器本體內充有一定壓力的SF6氣體，保證內部絕緣能力，使帶電部位與罐體絕緣。罐式SF6斷路器在進出線套管下部安裝穿心式電流互感器，有時也可將罐式斷路器、隔離開關、接地開關、避雷器和電壓互感器進行組合集成安裝，形成敞開式組合電器，可很大程度上減少設備區占地面積；重心低，抗震性能好，與GIS的抗震級別相當，現場安裝相比GIS簡單，不需要處理母線對接問題；可以用于高寒地區，但在罐體需外加伴熱帶，相比瓷柱式斷路器對高寒惡劣氣候適應性更強；價格低于GIS，但相比磁柱式斷路器造價昂貴；其結構采用整體式，系列性較差。

圖1 某變電站35kV罐式SF6斷路器

1.2.2 瓷柱式結構

瓷柱式斷路器是相對于罐式斷路器而言的，其外殼多是絕緣陶瓷，因此也被稱為絕緣外殼式斷路器，斷口用瓷柱支撐在最頂端，瓷柱既作絕緣用，也作支撐件用，且相對于罐式斷路器造價更為經濟。

(1)進出引線；(2)瓷套；(3)電流互感器；(3)金屬罐外殼(內含滅弧單元)；(5)；(6)彈簧儲能液壓操動機構圖2 某變電站220kV罐式 SF6斷路器

瓷柱式高壓SF6斷路器滅弧單元裝在滅弧瓷套內，使處于高電位的觸頭、導電部分和滅弧室與低電位絕緣，絕緣支柱瓷套安裝在接地的支架上。整個本體內充一定壓力的SF6氣體，保證內部絕緣能力。滅弧室安裝在支柱瓷套的上部，支柱瓷套下端的密封拉桿與操動機構相連，通過支柱瓷套下部的絕緣拉桿帶動動觸頭和壓氣缸進行斷路器的分、合閘機械操作。其電流互感器為獨立式，通過引線與斷路器連接。瓷柱式斷路器結構簡單，現場安裝方便，成本低，但為增強斷路器的對地絕緣能力有時會加高支柱瓷套，為增強斷路器的斷口絕緣水平，會在一臺產品上串聯幾個滅弧單元以增加斷口數，這樣會使斷路器的重心提高，使抗震性能降低，在地震多發區不適宜安裝應用。其結構取積木式，系列性強，可用多個相同的單元滅弧室和支柱瓷套組成不同電壓等級的斷路器[1]。

(1)進出引線；(2)支柱絕緣子；(3)彈簧儲能液壓操動機構；(4)磁柱外殼(內含滅弧單元)；(5)支撐構架；(6)電流互感器圖3 某變電站220kV磁柱式 SF6斷路器

2 SF6斷路器操作性能與日常運行維護

2.1 操作性能要求

(1)SF6斷路器的遮斷容量，應滿足安裝地點處母線最大短路電流要求。

(2)SF6斷路器應具備高、低氣壓閉鎖裝置。SF6斷路器的工作原理是當SF6斷路器中SF6氣體壓力出現過高或過低，達到報警值，繼電器隨之動作并發出補氣壓力信號；當氣體壓力繼續下降，達到閉鎖值時，繼電器再次動作并同時發出閉鎖信號，使斷路器的分合閘回路斷開，以此實現低氣壓分合閘閉鎖功能。

(3)運行中的SF6斷路器各連接閥開閉正確，各壓力指示正確，能夠反映各氣室壓力值。低溫天氣發出SF6壓力異常閉鎖時，不應盲目進行補氣，應參照SF6液化曲線判斷SF6液化程度。當判斷為SF6液化應立即匯報調度，采取禁止斷路器跳閘的措施，杜絕因遮斷容量不足造成斷路器誤動作。

(4)SF6斷路器應能遠方和就地操作，兩者應有閉鎖。就地操作的操作電源與分、合閘回路間應設有單相雙極刀閘，與后備分、合閘回路間也應裝設刀閘。斷路器應配備就地指示分、合閘位置的紅、綠燈[2-3]，且指示燈回路應正確。

(5)SF6斷路器應設有兩套相同而又各自獨立的分閘裝置，每一套分閘裝置動作時，或兩套裝置同時動作時均應保證設備的機械特性。對配用電流互感器的斷路器，互感器特性也應滿足上述要求。

(6)SF6斷路器應具有可靠的防止跳躍、防止非全相合閘和保證合、分時間滿足相關要求的性能。

2.2 SF6斷路器日常巡視

變電站值班員針對SF6斷路器的日常巡視內容主要有以下幾點：

(1)外觀檢查：SF6斷路器絕緣瓷套有無裂紋或過度積灰；絕緣瓷套表面防污閃涂料無龜裂、起皮現象；支撐構架地基完好，無開裂、塌陷等情況；

(2)相關電源指示燈或狀態指示器顯示正確，可判斷斷路器分、合閘實際位置；

(3)接頭引線處無斷股、散股現象，線夾無裂紋、鼓包、開裂現象；

(4)SF6氣體壓力檢查，讀取壓力表數據，尤其當冬季氣溫驟降時，需作為重點巡視項目；

(5)斷路器儲能正常；

(6)斷路器金具連接點和引線接頭處，接觸良好，無過熱發紅現象。紅外溫度檢測，可通過紅外圖譜判斷絕緣瓷套、引線夾處有無局部發熱現象，若存在異常發熱，通過橫向(不同相之間)與縱向(同相不同部位之間)溫度梯度對比，判斷缺陷嚴重性，及時上報相關人員及時采取措施處理等。

2.3 SF6斷路器常見故障

2.3.1 SF6斷路器漏氣故障與氣壓誤報警

SF6斷路器漏氣故障主要出現在：SF6氣體密度計接入SF6氣體壓力表銅管連接頭處漏氣；接頭閥門開關密封圈老化變形漏氣；SF6氣體連接管漏氣；SF6斷路器瓷式底座密封組件、聚四氟乙烯圈和橡膠由于密封圈邊緣沒有封好、在室外氣候條件下密封退化嚴重漏氣[4]。

夏季高溫時，氣體受熱膨脹，運行中的斷路器壓力表易發生壓力升高報警，冬季低溫時，SF6氣體冷縮，容易發生壓力過低報警或閉鎖。SF6氣體氣壓報警時應參照環境溫度，核對氣體壓力報警正確與否；冬季當出現低壓報警時，應首先檢查SF6氣體密度開關，并校驗SF6氣體壓力表壓力表，壓力表不準會引起壓力誤報警，其次再根據氣壓變化速率判斷氣室是否有漏氣或需及時補氣。

2.3.2 SF6斷路器誤動、拒動故障

若系統無短路或接地現象，繼電保護未動作，斷路器自動跳閘稱斷路器“誤跳”。當斷路器誤跳時應立即查明原因：若因由于人員碰碰，誤操作或機構受外力振動，保護盤受外力振動引起自動脫扣而“誤跳”應不經匯報立即送電；若保護誤動可能整定值不當或流變、壓變回路故障引起的應查明原因后才能送電；二次回路直流系統發生兩點接地(跳閘回路接地)引起應及時排除故障；對于并網或聯絡線斷路器發生“誤跳”時不能立即送電必須匯報調度聽候處理。

斷路器拒動即當保護裝置或人為對斷路器發出合閘、分閘指令時，斷路器不動作，仍保持原運行狀態，它將導致設備無法停送電或事故情況下不能切斷故障電流，導致事故升級擴大，故危害較大。產生拒動的原因主要有：SF6氣體壓力不足、液壓機構不正常或操作電氣回路有異常。在確認SF6氣體壓力正常時，應檢查操作電壓是否正常，合閘線圈有無損壞，分閘繼電器有無斷線開路，檢查輔助接點位置轉換是否到位；如果閘閥內積污嚴重，導致斷路器行動不暢，需進行閘閥的清洗及更換壓力油。 目前國內SF6斷路器多數采用液壓操作機構，此種機構缺陷較多。

2.3.3 分相斷路器三相不一致合閘

220kV電壓等級電力系統中單相故障較多，通常配置分相斷路器結構，單相故障可以單相跳閘并重合，不需檢同期，重合成功率高，且對系統沖擊較小，有利于提高供電可靠性。正常操作分、合閘時三相聯動。

分相斷路器非全相運行是三相機構分相操作中在進行合、跳閘過程中，由于某種原因造成一相或兩相開關未合好或未跳開，致使定子三相電流嚴重不平衡的一種故障現象。長時間非全相運行很大的負序電流將損壞系統變壓器定子線圈，嚴重時燒壞轉子線圈。非全相運行為斷路器電氣運行的重點防止對象，針對分這類故障現象通常設置斷路器三相不一致保護。

2.3.4 斷路器偷跳

斷路器偷跳：指斷路器在沒有操作、沒有繼電保護及安全自動裝置動作的情況下的跳閘，可能由于機械無故動作，或二次控制回路老化斷線、壓接不良，或由其它電子干擾等原因，導致非人為控制或者非故障的跳閘，使運行中的處于合位的斷路器跳開，切斷正常運行的線路，導致的線路停電。

斷路器偷跳，通常由于設備自身存在的缺陷，當產生偷跳行為后，線路繼電保護裝置應能正確判斷非故障跳閘或人為手動跳閘，并迅速的啟動斷路器重合閘，使線路立即恢復供電，減少經濟損失。

3 結語

變電站中SF6斷路器在電力系統中承載著關斷、開合電路的重要作用，且其造價較高，故需做好日常維護工作。影響SF6斷路器安全運行的因素較多，控制好這些因素，以正確的方法進行巡視和維護工作，發現小問題及早采取措施，預防和避免其故障的發生，確保SF6斷路器的安全穩定，進而保證電網全局穩定。