淺談SF6斷路器故障原因分析

陳基榮

摘 要： SF6斷路器是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備之一，它使用數(shù)量多、范圍廣，應(yīng)用在電力系統(tǒng)的各種電壓等級中。SF6斷路器具有工作電流大、體積小、重量輕、絕緣性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，盡管SF6斷路器存在諸多優(yōu)點(diǎn)，仍然會有一些隱形的、較難預(yù)見的故障問題，如SF6氣體漏氣現(xiàn)象等。因此，必須通過有效診斷方法檢測，保障 SF6 斷路器運(yùn)行質(zhì)量，才能更好地維護(hù)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性，以保證整個(gè)電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞： SF6斷路器；故障；檢測

1 SF6斷路器的故障分析

1.1 SF6斷路器常見故障

1.1.1拒動(dòng)和誤動(dòng)故障及危害

斷路器的拒動(dòng)是拒分和拒合的統(tǒng)稱，是指分閘或合閘信號發(fā)出后，斷路器未進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作的現(xiàn)象。斷路器的誤動(dòng)是指斷路器在沒有得到操作指令時(shí)發(fā)生分閘或合閘動(dòng)作，或是斷路器的動(dòng)作與要求的操作指令不一致。對于既沒有控制保護(hù)裝置發(fā)出動(dòng)作信號，也沒有人為操作的情況下，斷路器自行分閘，也稱為“偷跳”。造成斷路器拒動(dòng)或誤動(dòng)的原因既有斷路器機(jī)械方面的原因，也有電氣方面的原因，有時(shí)還有繼電保護(hù)方面的原因。

1.1.2絕緣故障及危害

從電力系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中可以看出，高壓斷路器發(fā)生絕緣故障是除了SF6氣體泄漏和機(jī)械故障之外最多的故障類型。絕緣故障的主要形式有外絕緣對地閃絡(luò)擊穿，內(nèi)絕緣對地閃絡(luò)擊穿，相間絕緣閃絡(luò)擊穿，雷電過電壓引起的閃絡(luò)擊穿，絕緣拉桿閃絡(luò)，瓷套管、電容套管閃絡(luò)，斷路器內(nèi)部閃絡(luò)等。其中，內(nèi)部絕緣故障、外絕緣和瓷套閃絡(luò)故障發(fā)生次數(shù)相對較多。

1.2故障原因分析

1.2.1 拒動(dòng)和誤動(dòng)故障原因分析

拒動(dòng)和誤動(dòng)主要為機(jī)械原因及電氣原因，斷路器拒動(dòng)的機(jī)械原因主要由生產(chǎn)制造、安裝調(diào)試、檢修等環(huán)節(jié)引發(fā)。據(jù)國家電網(wǎng)公司統(tǒng)計(jì)，因操動(dòng)機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械故障而導(dǎo)致的斷路器拒動(dòng)，占到了斷路器拒動(dòng)故降的65%以上。電氣原因具體的故障表現(xiàn)有分合閘鐵芯卡澀或線圈燒毀、輔助開關(guān)故障、二次接線故障、分閘回路電阻燒毀、操作電源故障、閉鎖繼電器故障等。

1.2.2 絕緣故障原因分析

絕緣故障主要分為內(nèi)絕緣故障及外絕緣故障，內(nèi)部絕緣故障大多發(fā)生在罐式斷路器內(nèi)以及絕緣拉桿上，主要原因有以下幾種： （1）斷路器的內(nèi)部金屬異物導(dǎo)致的放電故障、絕緣件沿面發(fā)生的閃絡(luò)故障、斷路器內(nèi)部存在懸浮電位導(dǎo)致的放電故障、絕緣件設(shè)計(jì)缺陷或工藝不良導(dǎo)致的放電故障。外絕緣故障主要表現(xiàn)為斷路器瓷套外絕緣閃絡(luò)，主要表現(xiàn)為瓷套的外絕緣爬電比距和外形尺寸不符合標(biāo)準(zhǔn)要求、瓷套的制造質(zhì)量存在缺陷、所處地區(qū)環(huán)境污穢狀況超出原設(shè)計(jì)表面污穢耐受水平。

2 SF6斷路器的診斷方法的探討

2.1主回路電阻測量

在合閘狀態(tài)下，測量進(jìn)、出線之間的主回路電阻，測量電流可取100A到額定電流之間的任一值。若接地開關(guān)導(dǎo)電桿與外殼不能絕緣分隔時(shí)，可先測量導(dǎo)體外殼的并聯(lián)電阻R0和外殼的直流電阻R1，然后按下式換算

2.2斷口間并聯(lián)電容器電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)

長期的高溫作用會加速絕緣的老化過程，直至損壞絕緣。因此，介質(zhì)損耗的大小是衡量電容型設(shè)備絕緣水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

2.3 交流耐壓試驗(yàn)

工頻耐壓試驗(yàn)?zāi)苡行У匕l(fā)現(xiàn)一些被試品的局部缺陷，更好的模擬被試品在實(shí)際運(yùn)行中承受過電壓的情況。交流電壓對檢查自由導(dǎo)電微粒等雜質(zhì)比較敏感。

2.4 例行檢查和試驗(yàn)

例行檢查和測試是一種預(yù)防性措施，檢查斷路器額定操作電壓下測試時(shí)間特性，機(jī)械特性檢查、軸、銷、鎖扣和機(jī)械傳動(dòng)部件檢查、操動(dòng)機(jī)構(gòu)外觀檢查、分、合閘線圈電阻檢測等是否完好。

2.5 SF6斷路器分解及化學(xué)檢測方法

在設(shè)備正常運(yùn)行條件下，SF6不與金屬材料和有機(jī)固體材料發(fā)生反應(yīng)，但在電弧放電作用下會發(fā)生化學(xué)分解反應(yīng)，SF6氣體分解產(chǎn)物的檢測項(xiàng)目有： SO2、H2S、CO和CF4的含量檢測，通過純度分析方法及其中微量水分的檢測方法，可以檢測SF6斷路器的隱患故障。

3 實(shí)例分析

現(xiàn)以一個(gè)SF6斷路器為試驗(yàn)進(jìn)行分析，某變電站某110kV開關(guān)間隔遭受雷擊后重合閘，外觀無異常，但該斷路器A相電流明顯高于B、C相電流；于是建議該局試驗(yàn)班人員進(jìn)行試驗(yàn)檢查，試驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容包括：絕緣電阻、回路電阻、動(dòng)作特性、交流耐壓試驗(yàn)等，為了檢測該開關(guān)內(nèi)部是否存在發(fā)生電弧故障的因素，還對該斷路器的開關(guān)進(jìn)行SF6氣體成分測試。該間隔的斷路器型號為3AP1FG，廠家杭州SIEMENS，2010年投產(chǎn)運(yùn)行的。

該局對該斷路器間隔的開關(guān)試驗(yàn)結(jié)果如下：

1）開關(guān)絕緣電阻（連CT）

A相23.7G，B相16.9G，C相18.1G

2）開關(guān)動(dòng)作特性（出產(chǎn)報(bào)告要求合閘65ms，分閘18ms）

A相：合閘60.3ms，分閘17.2ms

B相：合閘60.9ms，分閘17.2ms

C相：合閘59.6ms，分閘17.5ms

合閘同期：1.3ms 分閘同期：0.3ms

3）開關(guān)斷口交流耐壓試驗(yàn)

80kV、1min，通過

4）開關(guān)SF6氣體成分測試

A相：SO2 4.14l/L，H2S 3.17l/L

B相：SO2 0l/L，H2S 0l/L

C相：SO2 0l/L，H2S 0l/L

電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定，SO2 不大于3l/L，H2S不大于2 l/L，如今 A相開關(guān)SF6氣體成分測試已大于參考值，需要引起測試人員的關(guān)注。

5） 開關(guān)回路電阻（試驗(yàn)規(guī)程建議測量值規(guī)定不大于制造廠規(guī)定值的120%）

采用蘇州翰東電氣有限公司生產(chǎn)的回路電阻測試儀3次重復(fù)測試數(shù)據(jù)見表4-7.

通過上述表格數(shù)據(jù)可以看出，該數(shù)據(jù)有以下特征：

（1）A相數(shù)值畸變大，高達(dá)一千多，遠(yuǎn)高于正常電阻。

（2）三次測試的A相測試結(jié)果相差很大，極不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)重復(fù)性差。

（3）A相與其他兩相之間的測試值相差也很大。

（4）A相與以往測試值相比增加明顯。

通過測試數(shù)據(jù)也可以判斷出斷路器A相絕緣良好，開關(guān)動(dòng)作特性符合規(guī)程要求，但是A相開關(guān)出現(xiàn)了SF6氣體成分超標(biāo)及回路電阻過大的異常情況，于是在廠家的指導(dǎo)下進(jìn)行解體分析，發(fā)現(xiàn)該斷路器存在以下特征：（1）A相觸頭有少量黑色粉末，觸頭表面存在毛刺、花毛等現(xiàn)象；（2）動(dòng)觸頭有電弧燒灼的痕跡。

4 總結(jié)

高壓斷路器是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備之一，它使用數(shù)量多、范圍廣，應(yīng)用在電力系統(tǒng)的各種電壓等級中。因此，它是否具有優(yōu)良的性能，直接影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行，在經(jīng)濟(jì)效益和社會效益方面具有非常重要的意義。

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