高壓開關(guān)柜的常見故障與診斷

楊福生

【摘 要】高壓開關(guān)柜是電力系統(tǒng)中非常重要的電氣設(shè)備?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)對電能質(zhì)量的要求越來越高，相應(yīng)地對高壓開關(guān)柜的可靠性也提出了更高的要求。同時，隨著傳感器技術(shù)、信號處理技術(shù)、計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展，使得對開關(guān)柜的運行狀態(tài)進行在線監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患并對累計性故障做出預(yù)測成為可能。它對于保證開關(guān)柜的正常運行，減少維修次數(shù)，提高電力系統(tǒng)的運行可靠性和自動化程度具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】高壓開關(guān)柜；故障；診斷

高壓開關(guān)柜分戶內(nèi)式和戶外式兩種，10kV及以下多采用戶內(nèi)式，根據(jù)一次線路方案的不同 ，可分為進出線開關(guān)柜、聯(lián)絡(luò)開關(guān)柜、母線分段柜等。10kV進出線開關(guān)柜內(nèi)多安裝少油斷路器或真空斷路器，斷路器所配的操動機構(gòu)多彈簧操動機構(gòu)或電磁操動機構(gòu)，也有配手動操動機構(gòu)或永磁操動機構(gòu)的。不同的開關(guān)柜在結(jié)構(gòu)上有很大的差別，這將影響到傳感器的安裝和選擇。

1.高壓開關(guān)柜的故障表現(xiàn)及其原因

調(diào)查統(tǒng)計表明，高壓開關(guān)柜的故障主要有以下幾類：

（1）拒動、誤動故障：這種故障是高壓開關(guān)柜最主要的故障，其原因可分為兩類：一類是因操動機構(gòu)及傳動系統(tǒng)的機械故障造成；另一類是因電氣控制和輔助回路造成。

（2）開斷與關(guān)合故障：這類故障是由斷路器本體造成的，對少油斷路器而言，主要表現(xiàn)為噴油短路、滅弧室燒損、開斷能力不足、關(guān)合時爆炸等。對于真空斷路器而言，表現(xiàn)為滅弧室及波紋管漏氣、真空度降低、切電容器組重燃、陶瓷管破裂等。

（3）絕緣故障：表現(xiàn)為外絕緣對地閃絡(luò)擊穿，內(nèi)絕緣對地閃絡(luò)擊穿，相間絕緣閃絡(luò)擊穿，雷電過電壓閃絡(luò)擊穿，瓷瓶套管、電容套管閃絡(luò)、污閃、擊穿、爆炸，提升桿閃絡(luò)，CT閃絡(luò)、擊穿、爆炸，瓷瓶斷裂等。

（4）載流故障：7.2～12kV電壓等級發(fā)生載流故障主要原因是開關(guān)柜隔離插頭接觸不良導(dǎo)致觸頭燒融。

（5）外力及其他故障：包括異物撞擊，自然災(zāi)害，小動物短路等。

2.高壓開關(guān)柜常見故障分析及其原因

高壓開關(guān)柜故障原因，多發(fā)生在絕緣、導(dǎo)電和機械方面。（1）拒動、誤動故障：這種故障是高壓開關(guān)柜最主要的故障，其原因可分為兩類。一類是因操動機構(gòu)及傳動系統(tǒng)的機械故障造成，具體表現(xiàn)為機構(gòu)卡澀，部件變形、位移或損壞，分合閘鐵芯松動、卡澀，軸銷松斷，脫扣失靈等。另一類是因電氣控制和輔助回路造成，表現(xiàn)為二次接線接觸不良，端子松動，接線錯誤，分合閘線圈因機構(gòu)卡澀或轉(zhuǎn)換開關(guān)不良而燒損，輔助開關(guān)切換不靈，以及操作電源、合閘接觸器、微動開關(guān)等故障。（2）開斷與關(guān)合故障：這類故障是由斷路器本體造成的，對少油斷路器而言，主要表現(xiàn)為噴油短路、滅弧室燒損、開斷能力不足、關(guān)合時爆炸等。對于真空斷路器而言，表現(xiàn)為滅弧室及波紋管漏氣、真空度降低、切電容器組重燃、陶瓷管破裂等。（3）絕緣故障：絕緣水平是要正確處理作用在絕緣上的各種電壓（包括運行電壓和各種過電壓）、各種限壓措施、絕緣強度這三者之間的關(guān)系。力求使產(chǎn)品做到既安全又經(jīng)濟，得到最佳的經(jīng)濟效益。在絕緣方面的故障主要表現(xiàn)為外絕緣對地閃絡(luò)擊穿，內(nèi)絕緣對地閃絡(luò)擊穿，相間絕緣閃絡(luò)擊穿，雷電過電壓閃絡(luò)擊穿，瓷瓶套管、電容套管閃絡(luò)、污閃、擊穿、爆炸，提升桿閃絡(luò)，CT閃絡(luò)、擊穿、爆炸，瓷瓶斷裂等。（4）載流故障：72～12KV電壓等級發(fā)生的載流故障主要原因是開關(guān)柜隔離插頭接觸不良導(dǎo)致觸頭燒融。（5）外力及其他故障：包括異物撞擊，自然災(zāi)害，小動物短路等不可知的其他外力及意外故障的發(fā)生。

3.高壓開關(guān)柜的使用和故障檢測

雖然在購買使用高壓開關(guān)柜之前，相應(yīng)的驗收檢查工作已經(jīng)展開，但是在現(xiàn)實中難免有先天性質(zhì)量問題的設(shè)備投入運行，另外，由于外力及機器老化的原因，高壓開關(guān)柜也很難保持永久的安全使用狀態(tài)。作為補救措施，用戶必須加強對高壓開關(guān)柜的檢測工作。只要及時發(fā)現(xiàn)和檢出異常所在，就能避免事故的發(fā)生。（1）機械故障的檢測、使用很多統(tǒng)計資料表明，開關(guān)柜機械故障發(fā)生的比例最高。這是因為與機械操作相關(guān)聯(lián)的元件非常多，包括合、分閘回路串聯(lián)有很多環(huán)節(jié)。而且開關(guān)的操作是沒有規(guī)律的，有時候很長時間也不操作一次，有時候卻要連續(xù)動作。另外，還受一年四季環(huán)境變化的影響。所以機械故障特別是拒動故障是發(fā)生概率最高的。要保證開關(guān)設(shè)備的操作機構(gòu)性的可靠性，需經(jīng)過考驗驗證。例如真空斷路器制造廠在產(chǎn)品出廠前，往往要在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的高低操作電壓下進行機械操作數(shù)百次，如果有故障，就在出廠前進行處理。其次，開關(guān)柜內(nèi)所有部件，特別是動作的部件包括各處的緊固螺釘、彈簧和拉桿，強度要足夠，結(jié)構(gòu)要可靠，要經(jīng)得住長期運行的考驗。要保證電氣回路良好的連通性，合、分閘線圈、輔助開關(guān)等元件的性能都要有保證。因為是串聯(lián)回路，回路中的各個開關(guān)、熔斷器以及各個連接處要始終處于完好狀態(tài)，直流操作電源也要始終處于正常狀態(tài)。如果直流回路絕緣不良，發(fā)生一點接地或多點接地，就可能使開關(guān)發(fā)生誤動，如果直流回路導(dǎo)通不好或電源不正常，就會發(fā)生拒動事故。無論制造廠和運行單位，都應(yīng)把工作做好做扎實。以使機械方面的故障降低到最小。（2）絕緣水平的檢測原則上講，電壓等級越高，對絕緣水平的選取更為關(guān)注。對于中壓等級，往往希望通過增加不多的費用，將絕緣水平取得略為偏高一點、使得運行更安全。國家標(biāo)準(zhǔn)GB311.1-1997推薦了四種沖擊耐受電壓試驗方法，對于非自恢復(fù)絕緣為主的設(shè)備可采用3次法，非自恢復(fù)絕緣和自恢復(fù)絕緣組成的復(fù)合絕緣的設(shè)備可使用3/9次法，而復(fù)合絕緣的設(shè)備則一般采用15次法。目前高壓開關(guān)柜的雷電沖擊耐壓試驗多采用15次法，實際上在中壓等級設(shè)備達到要求的外絕緣的最小空氣尺寸，例如10kV等級設(shè)備的外絕緣凈空氣間隙為125mm的情況下，沖擊耐受電壓裕度較大，用3/9次法也可達到試驗的目的。在實際檢測中，還需考慮到同樣絕緣水平的產(chǎn)品，不同地方的運行情況相差很大。影響電氣設(shè)備在運行中絕緣性能是否可靠的因素除了設(shè)備本身的絕緣水平外，還有過電壓保護措施、環(huán)境條件、運行狀況和設(shè)備隨使用時間的老化等等，必須綜合考慮這些因素的作用。（3）導(dǎo)電回路檢測在運行設(shè)備中所發(fā)生的導(dǎo)電回路故障或事故表明，一旦存在導(dǎo)電回路接觸不良，問題會隨著時間的推移而不斷加劇。隔離插頭上往往裝有緊固彈簧，受熱后彈性變差，使接觸電阻進一步加大，直至事故發(fā)生。為此，廠方也要嚴(yán)格型式試驗中的溫升試驗項目，對于批量生產(chǎn)的品種，還應(yīng)用額定電流下溫升試驗進行定期或不定期的抽試。尤其是大額定電流開關(guān)柜，宜對每臺產(chǎn)品進行溫升試驗驗證。按規(guī)程規(guī)定，用大電流直流壓降法測量回路電阻，就是防止導(dǎo)電回路事故的一種方法。由于回路電阻測量的使用電流受到限制，就是測量結(jié)果合格，但在運行中仍然發(fā)生載流事故的已有好多次。實踐表明這并不是一種十分可靠的辦法，不應(yīng)完全依賴它。對于用戶來說，產(chǎn)品投運后要對其載流量和穩(wěn)定性做到心中有數(shù)，要確保設(shè)備的可靠、安全運行。在產(chǎn)品投運初期，加強監(jiān)視是十分必要的，在高峰負荷以及夏季環(huán)境溫度較高時，監(jiān)視設(shè)備的運行狀態(tài)尤其重要。例如可采用紅外測溫等方法來監(jiān)視設(shè)備的發(fā)熱情況，及時發(fā)現(xiàn)潛伏的不正常發(fā)熱現(xiàn)象。

4.結(jié)論

設(shè)備發(fā)生了故障，一般會認為是設(shè)備質(zhì)量差、檔次低造成的，于是往往在加強設(shè)備指標(biāo)水平上下功夫。其實設(shè)備的絕緣水平等指標(biāo)不可能也不應(yīng)盲目地加強，對事故要具體分析，檢查所發(fā)生的缺陷是否有普遍性，另一方面是要在繼電保護和運行環(huán)境方面進行工作，這樣才能收到事半功倍的效果。我們應(yīng)該正確使用、合理檢測開關(guān)設(shè)備，保證其在絕緣、導(dǎo)電、機械操作以及開斷性能方面可靠安全，并在長期運行中經(jīng)得起時間的考驗。 [科]