500kV斷路器回路電阻故障分析

摘要：斷路器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其安全穩(wěn)定運行是保證電力系統(tǒng)安全供電的重要保證，但由于斷路器使用頻率較高，因此其發(fā)生故障的概率也較高，尤其是回路電阻故障。在對斷路器回路電阻進行簡單闡述后，介紹了回路電阻常見故障及故障查找方法，最后結(jié)合實例對500kV斷路器回路電阻故障進行了分析。

關(guān)鍵詞：斷路器；常見故障；故障查找；500kV

中圖分類號：TM56#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2014）18-0125-02

一、回路電阻的組成

在高壓斷路器中，導電回路主要由裝設(shè)進出線端子的導體、靜觸頭、中間觸頭以及動觸頭等環(huán)節(jié)共同構(gòu)成，而回路電阻則主要由觸頭、套管導電體固有電阻、導電體、動靜觸頭之間的接觸電阻以及導電體之間的連接電阻等共同組成。一般而言，回路電阻（R）主要由三部分組成，即各導電體的固有電阻之和（Ra）、導電體與觸頭以及導電體之間的連接電阻（Rb）、動靜觸頭之間的接觸電阻（Rc），用公式可表示為：R=Ra+Rb+Rc。

二、回路電阻中的常見故障

一是電阻的連接出現(xiàn)故障。斷路器的連接面通常與螺母螺栓相連，有的連接面之間涂有密封材料或?qū)щ姼?，?jīng)過長期運行，受到金屬熱脹冷縮、自然侵蝕、地基下沉以及開關(guān)分合時震動等方面的影響，連接電阻就會出現(xiàn)一定的變化。如果高壓斷路器的運行時間在20年以上，那么連接面之間的密封材料或?qū)щ姼嗑蜁霈F(xiàn)劣化現(xiàn)象，從而增加回路中連接電阻的值。此外，受到山洪、地震等自然災害的影響，斷路器連接面受徑向應力也會發(fā)生變化，從而會導致接觸電阻有所增加。

二是導電體故障。一般情況下，導電體中的固有電阻值是固定不變的，當導電體材質(zhì)出現(xiàn)不良現(xiàn)象、設(shè)計存在問題或鑄造工藝不夠精細時，電流才會較大，這樣對斷路器進行分合的過程時，導電體會因機械應力而出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。近幾年來，隨著制造工藝的不斷進步，通常不會出現(xiàn)此類故障。

三是滅弧室動靜觸頭接觸電阻故障。滅弧室動靜觸頭接觸電阻是斷路器中非常重要的組成部分，其發(fā)生故障的概率較高。在分合狀態(tài)中，動靜觸頭經(jīng)常會出現(xiàn)轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，這樣就會導致接觸面經(jīng)常出現(xiàn)一定變化，從而導致觸頭表面發(fā)生氧化現(xiàn)象。當觸頭表面氧化、觸指壓力不足時，接觸電阻就會出現(xiàn)變化。如果滅弧室中的動靜觸頭出現(xiàn)接觸不良，受到運行電流持續(xù)作用的影響，觸頭發(fā)熱就會出現(xiàn)異常現(xiàn)象，長此以往就會對觸頭表面造成一定磨損。帶隊故障電流斷開時，動靜觸頭就會被燃燒并發(fā)生熔化，這樣會對斷路器的正常合閘造成一定的不良影響，嚴重時還可能會因拒動而導致斷路器發(fā)生爆炸。高壓斷路器狀態(tài)檢修試驗規(guī)程中明確表示，機械特性試驗和回路電阻試驗都是高壓斷路器例行試驗中的重要組成部分，一旦發(fā)現(xiàn)高壓斷路器回路電阻出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，則可結(jié)合高壓斷路器的同期數(shù)據(jù)和機械特性對異常原因進行詳細判斷與分析。

三、故障因素的查找

根據(jù)圖1可知，500kV高壓斷路器中含有雙斷口，一端和電流互感器相連，另一端則和刀閘相連。根據(jù)高壓斷路器的具體結(jié)構(gòu)，可把故障位置的查找分為A、B、C、D、E、F6個點，其一共有2個斷口動靜觸頭接觸電阻，它們分別是REF、RAB；連接電阻的也有2個，即2個斷口動觸側(cè)導電桿和三聯(lián)箱法蘭的連接電阻，它們分別是RDE、RBC。在B、C、D、E4點中對故障進行查找時不方便使用線夾，此時，為了減少查找時間及工作量，可把它們分成以下4點：RAB：刀閘側(cè)斷口動靜觸頭間的電阻；RAC：刀閘側(cè)斷口靜觸頭到三聯(lián)箱法蘭處的電阻；RDF：電流互感器側(cè)斷口靜觸頭到三聯(lián)箱法蘭處的電阻；REF：電流互感器側(cè)斷口動靜觸頭間的電阻。

對相關(guān)數(shù)據(jù)進行診斷時，如果RAB、REF不在產(chǎn)品技術(shù)文件標準以內(nèi)，或者比歷史值有明顯的增長，則表示斷路器中的滅弧室已發(fā)生故障。出現(xiàn)這些現(xiàn)象時，應對斷路器的多動作進行多次測量。如果試驗數(shù)據(jù)沒有發(fā)生任何變化，可根據(jù)斷路器機械特性試驗數(shù)據(jù)進行相關(guān)分析。如果斷路器長期不發(fā)生任何動作，靜觸頭在試驗過程中就很可能會出現(xiàn)接觸不到位的現(xiàn)象。一般而言，此時分合閘同期數(shù)據(jù)是異常的，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：一是分合閘速度不符合相關(guān)要求；二是動觸頭插入超程量不夠；三是分合閘的時間不符合相關(guān)要求，或者出現(xiàn)超標現(xiàn)象。對于上述異?，F(xiàn)象，可采取以下措施解決：結(jié)合斷路器的具體情況對故障相絕緣拉桿進行適當調(diào)節(jié)；對斷路器中的相關(guān)機構(gòu)進行潤滑處理，以使分合閘中的機構(gòu)卡阻現(xiàn)象得到一定消除。

如果斷路器中分合閘數(shù)據(jù)處于正常狀態(tài)，此時對絕緣拉桿回路電阻進行調(diào)節(jié)時，如果其發(fā)生改變，則表示斷路器中的動靜觸頭出現(xiàn)問題，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是因為觸指壓力不足、螺母或彈簧松動、動靜觸頭表面磨損以及多次短路故障電流在短時間內(nèi)出現(xiàn)分合閘等。對于螺母松動現(xiàn)象，可利用紅外熱成像儀進行測量，以判斷是否存在電壓致熱現(xiàn)象。對相關(guān)數(shù)據(jù)進行檢查的過程中，如果發(fā)現(xiàn)RAB、REF中的數(shù)據(jù)處于正常水平，而RDE、RBC三相之間存在比較明顯的差異，則表明出現(xiàn)故障的是三聯(lián)箱和斷路器動觸頭之間的連接部分。

四、案例分析

1.導體接觸面故障

導體接觸面出現(xiàn)故障時，主要表現(xiàn)為以下幾種情況：一是長時間在惡劣運行環(huán)境中運行，導體接觸面的密封介質(zhì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，甚至被雨水淋走。二是對斷路器進行安裝時，螺栓和螺母的壓力不足。三是斷路器兩端的支柱路基出現(xiàn)一定下沉，或者在設(shè)計及施工過程中出現(xiàn)誤差，斷路器的兩端不在同一個水平面上，從而使兩端導體的接觸面都需承受一定的徑向壓力，當運行時間較長后，回路電阻值會增大。對此500kV變電站斷路器進行例行試驗，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的回路電阻值存在超標現(xiàn)象，但對三相分合閘同期數(shù)據(jù)進行檢查時卻發(fā)現(xiàn)其是合格的。

由于三相分合閘同期合格，而斷路器分合閘數(shù)據(jù)又處于正常狀態(tài)，因此，結(jié)合多個方面，可斷定斷路器中滅弧室的動靜觸頭的接觸正常，由此可知，回路中的電阻值出現(xiàn)超標是因為導體接觸面而導致的。按照圖1中的結(jié)構(gòu)圖對回路電阻進行分段測試，得到表1中的試驗數(shù)據(jù)。

表1#8194;斷路器回路電阻分段測試數(shù)據(jù)

斷路器A相B相C相

RAB（μΩ）35.135.435.6

RAC（μΩ）37.436.836.9

REF（μΩ）35.335.335.8

RDF（μΩ）164.237.837.4

總回路電阻（μΩ）200.58688

根據(jù)表1可知，此斷路器中A相的REF數(shù)值處于正常狀態(tài)，而RDF數(shù)值則出現(xiàn)了比較明顯的異常現(xiàn)象。進行分段測試時，此斷路器A相和靠近TA側(cè)的滅弧室回路電阻都是正常的，而靠近TA側(cè)的滅弧室動觸頭和三聯(lián)箱法蘭之間的連接處電阻發(fā)生異常，有時可高達128.9μΩ，這就是發(fā)生故障所在。

對分段測試數(shù)據(jù)進行詳細分析可知，斷路器三聯(lián)箱和滅弧室動觸頭之間的連接部分接觸不良才會導致斷路器中的回路電阻值發(fā)生超標現(xiàn)象。在現(xiàn)場進行相關(guān)檢查時發(fā)現(xiàn)，斷路器中靠近電流互感器一側(cè)的支柱瓷瓶地基出現(xiàn)一定下沉，而斷路器兩端和三聯(lián)箱所在水平面是不同的，從而造成靠近電流互感器一側(cè)的斷口瓷瓶和三聯(lián)箱出現(xiàn)徑向的向下應力，其連接部位的上端面的間隙約為2～3mm。通用對斷路器進行解體并詳細檢查后發(fā)現(xiàn)，其滅弧室的動觸頭和斷路器三聯(lián)箱之間的連接部分的密封膠已經(jīng)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，某些部分甚至存在氧化及脫落現(xiàn)象。

2.接觸電阻故障

對500kV變電站中的某斷路器進行停電例行試驗，發(fā)現(xiàn)其回路電阻值出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，三相之間有較大差距。此外，與往年的例行試驗數(shù)據(jù)相比，也出現(xiàn)了較明顯差異，其中B相回路電阻值已大于產(chǎn)品技術(shù)文件標準。表2為相關(guān)數(shù)據(jù)的具體值。對此500kV斷路器進行機械特性試驗時發(fā)現(xiàn)，其三相分合閘中的同期性數(shù)據(jù)都出現(xiàn)了異常現(xiàn)象。其中B相分合閘同期性較差，而A相和C相中分合閘的同期性較好，此外，B相合閘比A、C兩相慢，分閘則比A、C兩相快，這可能是因為回路電阻值因B相滅弧室動靜觸頭出現(xiàn)接觸故障而導致。

表2#8194;斷路器回路電阻值數(shù)據(jù)

回路電阻（μΩ）ABC

上次試驗數(shù)據(jù)817986

本次試驗數(shù)據(jù)8216884

表3#8194;斷路器回路電阻分段測試數(shù)據(jù)

斷路器A相B相C相

RAB（μΩ）35.4113.035.5

RAC（μΩ）38.0117.336.8

REF（μΩ）35.334.735.9

RDF（μΩ）36.635.236.9

總回路電阻（μΩ）8216884

根據(jù)表3可知，斷路器中的B相靠近刀閘側(cè)滅弧室回路電阻出現(xiàn)了比較明顯的異?，F(xiàn)象，其余回路中的電阻則處于正常狀態(tài)，因此，可判定出現(xiàn)故障的是B相靠近刀閘一側(cè)的滅弧室。

根據(jù)該斷路器分合閘中相關(guān)數(shù)據(jù)的特點，認為在合閘時，B相滅弧室的動靜觸頭沒有完全到位，從而導致動靜觸頭出現(xiàn)接觸不良現(xiàn)象。因此，以超行程方式對B相進行相應調(diào)節(jié)時，應使動靜觸頭處于完全接觸狀態(tài)?；芈分械碾娮柚禃S著B相斷路器絕緣拉桿的上調(diào)而逐漸減小，而分合閘同期也會相應縮小，把絕緣拉桿往上調(diào)8mm后，發(fā)現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)是合格的。此時，回路電阻值和三相分合閘同期也應達到相關(guān)標準。

五、結(jié)語

斷路器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，而回路電阻故障則是斷路器常見的故障問題，其危害十分明顯。運行中發(fā)生的斷路器爆炸事故，其中一部分是由于斷路器回路電阻故障引起的。因此，正確診斷分析斷路器回路電阻超標原因，并準確找到故障位置，是及時解決斷路器回路電阻故障問題的重要體現(xiàn)。

參考文獻：

[1]王磊.500kV變電站室外斷路器主回路電阻超標原因分析[J].中國高新技術(shù)業(yè)，2012，(30).

[2]謝紅波.斷路器主回路電阻超標原因分析及處理[J].科技與企業(yè)，2013，(9).

（責任編輯：孫晴）