變電站運行中高壓斷路器常見故障及對策

王華劍 國網(wǎng)陜西省電力公司檢修公司 候婷 國網(wǎng)陜西省電力公司延安供電公司

在電力系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展過程中，斷路器中包含了電能的調(diào)節(jié)功能。電網(wǎng)的可靠性與安全性會直接影響到高壓斷路器的實際運行狀態(tài)。高壓斷路器在電網(wǎng)中主要起到隔斷電流的作用，相當于控制開關(guān)，當保護裝置正常動作時，斷開高壓斷路器對電網(wǎng)進行保護，降低電網(wǎng)設備損壞風險。一旦高壓斷路器出現(xiàn)故障，不僅會造成非正常停電，而且會嚴重燒毀電力設備，不僅對我國電力經(jīng)濟造成重大影響，嚴重還會導致人身安全事故，對人們的正常生活造成很大的影響。針對高壓斷路器所面臨的各種故障，進而研究分析得出相應的故障診斷方案，有著十分重要的實際與理論價值。

一、高壓斷路器常見故障

（一）拒動

高壓斷路器拒動分為拒分、拒合兩種故障，拒分對電網(wǎng)威脅較大，會導致越級跳閘，導致系統(tǒng)癱瘓。拒動則是多方面因素造成的故障。

1.拒絕合閘

可能性原因為：回路有電壓時線圈燒毀或斷線或鐵芯出現(xiàn)卡色，回路無電壓時熔絲熔斷、或輔助開關(guān)觸點接觸不良、或二次回路接觸不良；當鐵芯動作后操作杠桿未啟動。可能性原因為：運動過程受阻、合閘鎖扣扣入牽引桿過深、線圈端子電壓偏低、鐵芯撞桿導致變形；操作機構(gòu)未釋放。可能性原因為：主體或操作機構(gòu)被卡住、杠桿扭曲變形、牽引桿未出“死區(qū)”。

2.拒絕分閘

可能性原因為：線圈端子帶電壓時鐵芯卡澀、線圈燒毀或部分斷線。線圈端子不帶電壓時熔絲熔斷或二次回路接觸不良；機構(gòu)連板系統(tǒng)未動作。可能性原因為：本體或者部分機構(gòu)嚴重卡澀。

（二）誤動

斷路器中的電力系統(tǒng)的重要影響因素就在于斷路器的誤動作，導致出現(xiàn)自動合閘，此后又出現(xiàn)分閘，儲能后自動合閘等現(xiàn)象。其異常表現(xiàn)和可能性分析如下：線圈儲能后合閘。可能性原因為：復歸彈簧變形致使四連桿為復位、合閘四連桿的受力過小、鎖扣支架支撐連接松動、電機電源未接及時切換；無分閘信號可自動分閘。可能性原因為：分閘線圈的動作電壓過低、繼電器觸點始終閉合、二次回路出現(xiàn)接地現(xiàn)象；分閘后又合閘。可能性原因為：分閘扣和操作機構(gòu)未復位、鎖鉤表面變形嚴重致使鎖扣不穩(wěn)定、操作機構(gòu)復位后幅度過大。

（三）絕緣

在高壓斷路器的總故障中，絕緣故障的頻率較高，分為內(nèi)絕緣故障、外絕緣故障和瓷套閃絡故障。外絕緣故障容易發(fā)現(xiàn)和處理，而斷路器內(nèi)的異物容易引起故障，因此有必要進行有針對性的檢查。

（四）載流

高壓斷路器的觸頭接觸不良會導致不同程度的觸頭過熱和載流。這種情況要求電力部門做好溝通，首先降低電網(wǎng)實際負荷，安裝新的斷路器觸頭。新斷路器的接觸異常可能是由于安裝過程中斷路器動觸頭與靜觸頭錯位，造成接觸不良。

（五）泄露

泄漏是指放油閥關(guān)閉不嚴或密封不嚴造成的漏油。液壓油管路接頭泄漏會導致液壓機嚴重漏油。氣動執(zhí)行機構(gòu)在壓縮空氣管路連接處可能漏油，儲氣罐放水閥操作不當易導致氣動執(zhí)行機構(gòu)漏氣。

二、高壓斷路器的故障診斷方法

在高壓斷路器運轉(zhuǎn)過程中所發(fā)出的振動信號是對設備當下運行情況的一個主要反映，當下如何高效捕捉到振動信號是開展故障診斷處理的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對振動信號所開展的分析處理是全面掌握設備有效特征的基礎條件。

時域分析法：在1980年后才正式開始逐漸應用，對時域信號所產(chǎn)生的均值及標準差進行計算，以此構(gòu)成一個對應的特征向量，并既定有兩種特征來對斷路器的狀態(tài)進行表征，但這種特征提取方式無法精準反映出局部故障的信息，因此在分析法中的優(yōu)勢不足，在實際工程應用中缺乏相應的價值。而就動態(tài)時間規(guī)整法（DTW）來說，對其最早期的應用是在語音識別范疇，能有效的將各孤立點進行有序匹配以及識別。按照斷路器所發(fā)出的正常信號中所帶有的獨立性，選出一組正常的振動信號作為參考的主要標準，將實際振動信號所產(chǎn)生的時間特征量與其進行比較分析，以此來確定其是否屬于正常運行狀態(tài)。但這種方法無法準確感知信號在整體強度上的變化，因此也有一定局限性。

頻域分析法：是轉(zhuǎn)換時域信號為頻域類型、再通過對正常信號以及測試信號頻譜所對應的各頻率分布與波動變化進行比較，進而根據(jù)頻譜中產(chǎn)生的突變量來對斷路器故障進行診斷，但因高壓斷路器的振動信號屬非線性信號且周期性并不夠明顯，因此就難以從頻域中找出相應明顯的突變量，還需開展更為深入的分析研究。

時頻分析法：這種方式是對時域及頻域兩種分辨率的綜合，能在斷路器操動機構(gòu)振動信號的識別分析中有效適用。當下經(jīng)驗模態(tài)分析法、小波分析及小波包分析等都是時頻分析法中的主要應用模型。經(jīng)驗模態(tài)分解（EMD）適用在對非線性以及是非平穩(wěn)信號的分解中，采取了自適應信號的分解算法。EMD可按照信號自身屬性與特點來開展分解及重構(gòu)原始信號，且EMD還可有效處理非平穩(wěn)信號，然而EMD的算法還是有著不少劣勢，如端點效應、模態(tài)混疊等。因此，以優(yōu)化后的集合經(jīng)驗模態(tài)來分解振動信號，接著對分解后所得到的多組信號進行二維譜熵的計算，然后把構(gòu)成特征向量放到標準的診斷模型里開展故障診斷工作。而小波變換主要是針對非平穩(wěn)信號的分析處理，對振動信號進行分析后能得到一個根據(jù)頻率而進行改變的時頻窗口。

三、高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測分析

（一）機械性能在線監(jiān)測

高壓斷路器在分合閘過程中伴隨著振動信號的產(chǎn)生，通過對不同狀態(tài)的振動信號進行分析，可及時了解斷路器的分合狀態(tài)，對斷路器的機構(gòu)是否發(fā)生故障作出指示。為保障所采集振動信號的完整性，對振動傳感器進行了精準的選擇。本裝置中選用的振動傳感器采用低頻傳感器，內(nèi)置一級微型IC放大器，可以對信號進行一級放大。考慮到變電站現(xiàn)場環(huán)境的復雜性，振動傳感器安裝在滅弧室和操動機構(gòu)中間彈簧機構(gòu)的緩沖器附近，同時為避免環(huán)境噪聲的影響，振動傳感器本身產(chǎn)生的干擾小、噪聲低。

（二）滅弧室監(jiān)測

1.氣體密度

對氣體進行監(jiān)測必須使用專用的檢漏儀，檢測氣體泄漏原因。如果發(fā)生氣體泄漏，工作人員不能待在該區(qū)域，需停留在泄漏點10米以外的地方，再次進入工作區(qū)域時需要等到泄漏停止。如果泄露發(fā)生在內(nèi)部，此時再進行工作時，需要穿戴防護工作服，而且必須使用防毒面具，才能進行工作。

為了保證工作人員的安全，在進行SF6斷路器室內(nèi)檢測時，室內(nèi)空氣中的氧氣含量必須高于18%，進行室內(nèi)通風。對斷路器的撿漏，要嚴格遵守產(chǎn)品說明書的要求，檢測儀器的探頭不宜長時間處該環(huán)境里。當表針發(fā)生強烈報警時，說明檢測探頭接觸到了高濃度的六氟化硫氣體，而且此時表針為滿刻度。在工作時應該注意，避免將探頭處于六氟化硫氣體中，如果接觸應該立即將探槍離開移到潔凈區(qū)。

2.斷路器微水含量監(jiān)測

斷路器對含水量和六氟化硫氣體的純度都有要求，在內(nèi)部正常運行時會發(fā)生閃絡，產(chǎn)生多種六氟化硫分解物，氣體絕緣設備中也會滲入大量的水分（大氣中）。設備內(nèi)部閃絡事故發(fā)生的情況一般是在氣壓較高的情況下，氣體絕緣設備的絕緣強度因大氣中的水分而下降。此時，一些活性雜質(zhì)氫氟酸、二氧化硫等氣體，會對各種構(gòu)件產(chǎn)生腐蝕，分解具有毒性的物質(zhì)，如果發(fā)生泄漏會威脅工作人員的健康。因此，要保證沖入設備中的氣體必須合格，同時還需要保證氣室的干燥。

（三）高壓斷路器觸頭使用壽命監(jiān)測

在斷路器的監(jiān)測中，斷路器觸頭的使用壽命一般是以斷路器的實際磨損情況來判斷的。因此，有必要分析各種原因?qū)嗦菲魇褂脡勖挠绊憽τ陔妷勖难芯亢头治觯刹捎秒娀∧芰糠ā⒗塾嬮_斷電流法或累計開斷電流加權(quán)法計算。其中，計及燃弧時間加權(quán)評估可直接獲得斷路器觸頭的電磨損數(shù)據(jù)，并可直接獲得觸頭的壽命結(jié)果。

四、結(jié)束語

綜上所述，高壓斷路器是供電系統(tǒng)重要組成單元，當高壓斷路器出現(xiàn)故障時，會給供電系統(tǒng)運行可靠性及穩(wěn)定性帶來嚴重威脅。斷路器的故障分析主要通過分析斷路器狀態(tài)、主要故障元件、線圈合閘特征等情況，最終解釋說明斷路器工作的影響因素，進而提出相應的解決措施，為供電系統(tǒng)運維人員處理斷路器故障提供一定指導。