高壓斷路器工作原理及故障分析

王君 張亞平

摘要：高壓斷路器是電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要執(zhí)行元件，也是具備故障判斷、故障檢修和參數(shù)測(cè)量頻次較多的一種重要電氣設(shè)備。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展下，人們對(duì)供電質(zhì)量提出了更高的要求。完善對(duì)電力設(shè)備的監(jiān)測(cè)，確保斷路器的穩(wěn)定運(yùn)行已然成為相關(guān)電力工作者需要思考和解決的問題。但是從電力系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)展實(shí)際情況來看，電力系統(tǒng)高壓斷路器在運(yùn)行的時(shí)候往往會(huì)出現(xiàn)一些故障問題，嚴(yán)重制約了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為此，該文結(jié)合高壓斷路器運(yùn)行實(shí)際情況就怎樣科學(xué)處理高壓斷路器的應(yīng)用故障進(jìn)行策略分析。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)運(yùn)行;高壓斷路器;工作原理;故障分析

1高壓斷路器的原理

斷路器用于在正常運(yùn)行時(shí)接通或斷開電路，故障情況在繼電保護(hù)裝置的作用下迅速斷開電路，特殊情況（如自動(dòng)重合到故障線路上時(shí)）下可靠地接通短路電流。高壓斷路器是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要控制設(shè)備，是在正?；蚬收锨闆r下接通或斷開高壓電路的專用電器。在具體應(yīng)用的過程中其擔(dān)負(fù)著穩(wěn)定電流和及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決電力系統(tǒng)故障的職能作用，它不僅可以切斷與閉合高壓電路中空載電流與負(fù)荷電流，而且當(dāng)系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)可以通過繼電器的保護(hù)裝置。高壓真空斷路器處于合閘狀態(tài)的時(shí)候，它對(duì)地絕緣由支持絕緣子來承受，一旦真空斷路器所連接的線路發(fā)生永久接地故障，斷路器動(dòng)作跳閘后，接地故障點(diǎn)又未被清除，則有電母線的對(duì)地絕緣亦要由該斷路器斷口的真空間隙承受;各種故障開斷時(shí)，斷口一對(duì)觸子間的真空絕緣間隙要耐受各種恢復(fù)電壓的作用而不發(fā)生擊穿。高壓斷路器的應(yīng)用作用主要體現(xiàn)在2個(gè)方面。1）高壓斷路器的控制作用。高壓斷路器結(jié)合電力系統(tǒng)運(yùn)行在需要會(huì)將所有的電氣設(shè)備以及部門線路投入或者退出運(yùn)行。2）高壓斷路器的保護(hù)作用。在電力系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障的時(shí)候，高壓斷路器會(huì)和保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置共同配合來將故障及時(shí)從系統(tǒng)中切除，從而減少損害，防止事故擴(kuò)大。

2高壓斷路器的故障分析

2.1斷路器拒動(dòng)故障

由于拒動(dòng)后將會(huì)延長(zhǎng)故障切除時(shí)間，除加重被控制設(shè)備的損壞程度外，極易擴(kuò)大事故影響范圍，可能使單條回路故障擴(kuò)散至整個(gè)母線，甚至導(dǎo)致全站停電、電網(wǎng)震蕩等，容易擴(kuò)大為系統(tǒng)事故或大面積停電事故。

2.2操動(dòng)機(jī)構(gòu)缺陷

（1）氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。此類機(jī)構(gòu)在上世紀(jì)90年代至2010年期間應(yīng)用廣泛，目前仍有大量老設(shè)備在運(yùn)。此類機(jī)構(gòu)往往因高壓氣體泄露導(dǎo)致頻繁打壓，甚至影響斷路器動(dòng)作。（2）彈簧機(jī)構(gòu)。對(duì)彈簧機(jī)構(gòu)，其機(jī)械故障的主要原因常表現(xiàn)為彈簧卡澀不靈活，或鎖扣調(diào)整不當(dāng)。此處卡澀，既可能源于裝配調(diào)整不當(dāng)，也可能是因?yàn)榫S護(hù)不良所致。（3）液壓機(jī)構(gòu)。斷路器液壓機(jī)構(gòu)主要有液壓氮?dú)鈾C(jī)構(gòu)、液壓彈簧機(jī)構(gòu)兩類，基本原理為利用液壓油泵為氮?dú)鈨?chǔ)壓筒或彈簧儲(chǔ)能，利用此能量完成斷路器動(dòng)作。此類機(jī)構(gòu)由于可儲(chǔ)存較大的勢(shì)能，斷路器動(dòng)作時(shí)可提供更快的動(dòng)作速度，故而常用于超高壓、特高壓電網(wǎng)設(shè)備中。但由于液壓回路復(fù)雜、內(nèi)部壓力大，常出現(xiàn)液壓油滲漏、壓力不能保持等故障。

2.3SF6氣體泄漏

SF6作為優(yōu)良的絕緣氣體，近年來已取代絕緣油，成為斷路器領(lǐng)域最主要的絕緣和滅弧介質(zhì)。然而，相較于絕緣油，氣體更易泄漏，且由于SF6無色、無味的特性，當(dāng)其泄漏時(shí)隱蔽性較高，往往當(dāng)發(fā)現(xiàn)時(shí)設(shè)備內(nèi)壓力已出現(xiàn)明顯下降，影響斷路器絕緣及滅弧性能。

3斷路器故障的解決措施

3.1斷路器拒分、拒合故障的分析

首先，高壓斷路器遠(yuǎn)方操作不能合間，這是斷路器常常出現(xiàn)的故障之一。斷路器電氣控制回路缺陷，常由輔助開關(guān)、微動(dòng)開關(guān)故障造成。輔助開關(guān)的故障多數(shù)為切換不到位，或上次切換后接觸不良，造成拒動(dòng)。微動(dòng)開關(guān)則主要是指各類機(jī)構(gòu)的聯(lián)鎖、保護(hù)開關(guān)。統(tǒng)計(jì)資料表明，微動(dòng)開關(guān)故障約占斷路器電氣回路故障的50%左右。

3.2操動(dòng)機(jī)構(gòu)故障原因及解決措施

（1）氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。氣動(dòng)機(jī)構(gòu)利用空氣壓縮機(jī)，將壓縮空氣儲(chǔ)存在儲(chǔ)壓筒中，以此帶動(dòng)斷路器觸頭動(dòng)作，此類機(jī)構(gòu)常應(yīng)用于LW13及LW23型斷路器。由于空氣儲(chǔ)壓筒中的壓縮空氣壓力超過30MPa，壓力較高的壓縮空氣易從空氣管路、逆止閥處泄漏?，F(xiàn)場(chǎng)檢修時(shí)需要將設(shè)備停電后，釋放剩余高壓氣體后對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行清潔、加固，或更換逆止閥。（2）彈簧機(jī)構(gòu)。當(dāng)彈簧機(jī)構(gòu)螺釘銷釘未緊固，或防松結(jié)構(gòu)有缺陷時(shí)，常出現(xiàn)連接部位松動(dòng)、變位，導(dǎo)致斷路器動(dòng)作可靠性下降、分合速度不達(dá)標(biāo)。值得注意的是，當(dāng)斷路器分合速度不達(dá)標(biāo)時(shí)，可能導(dǎo)致滅弧室無法快速熄滅電弧，輕則嚴(yán)重?zé)龘p電觸頭，影響正常運(yùn)行時(shí)的接觸電阻，重則使滅弧室迅速升溫，最終可能引起滅弧室爆炸。（3）液壓機(jī)構(gòu)。液壓機(jī)構(gòu)內(nèi)油路復(fù)雜，一般可分為儲(chǔ)能模塊、控制模塊、油壓開關(guān)、郵箱四部分。各模塊間必須密封良好，無內(nèi)、外滲漏。當(dāng)液壓機(jī)構(gòu)壓力不能保持，油泵啟動(dòng)頻繁時(shí)，應(yīng)先檢查儲(chǔ)能及控制模塊有無明顯外滲漏，若無，則需要停電后拆解液壓機(jī)構(gòu)，檢查模塊間是否有內(nèi)漏、密封圈是否完好、液壓油內(nèi)是否有雜質(zhì)等。再者，氣溫變化也容易造成液壓機(jī)構(gòu)的故障。天冷時(shí)，各類雜質(zhì)在液壓油內(nèi)的溶解度降低，將導(dǎo)致更多雜質(zhì)析出、阻塞油路或影響液壓油密封。

3.3SF6氣體嚴(yán)重漏氣處理

當(dāng)SF6氣體年漏氣率大于1%時(shí)，則必須對(duì)該漏氣情況進(jìn)行處理。應(yīng)在設(shè)備停電后進(jìn)行氣體回收、抽真空，拆解漏氣部分，更換吸附劑、密封圈，并重新涂抹專用密封膠。處理時(shí)，工作人員應(yīng)站在上風(fēng)口處，必要時(shí)戴防毒面具。室內(nèi)SF6氣體泄漏時(shí)，還應(yīng)開啟風(fēng)機(jī)通風(fēng)15min，并檢測(cè)室內(nèi)SF6氣體含量少于1000μL/L，氧氣濃度不低于18%后人員方可進(jìn)入室內(nèi)。

4預(yù)防措施

4.1預(yù)防高壓斷路器拒動(dòng)

定期對(duì)斷路器開展防拒動(dòng)檢查，做好機(jī)構(gòu)箱應(yīng)有的通風(fēng)和防潮措施;輔助開關(guān)應(yīng)安裝牢固，防止因多次操作松動(dòng)變位;分、合閘鐵芯應(yīng)動(dòng)作靈活，無卡澀現(xiàn)象，以防拒分或拒合。

4.2防止操作機(jī)構(gòu)故障

各運(yùn)行、維護(hù)單位應(yīng)根據(jù)可能出現(xiàn)的系統(tǒng)最大運(yùn)行方式及可能采用的各種運(yùn)行方式，每年定期核算開關(guān)設(shè)備開斷的短路電流，并采取以下機(jī)構(gòu)反事故措施：（1）保證機(jī)構(gòu)箱內(nèi)加熱器、溫控器、除濕器良好，使機(jī)構(gòu)箱在潮濕季節(jié)或氣溫突變時(shí)保持干燥和恒溫。（2）經(jīng)常注意監(jiān)視機(jī)構(gòu)壓力及油位，發(fā)現(xiàn)油位過低或滲漏油時(shí)應(yīng)及時(shí)處理。（3）為保持液壓油的清潔，防止漏壓，在運(yùn)行中每隔2年將油過濾一次。閥體解體檢修必須在室內(nèi)，并用海綿控拭零部件。

4.3持續(xù)關(guān)注SF6氣體壓力

對(duì)斷路器除定期進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)外，在季節(jié)交替時(shí)應(yīng)增加檢查和試驗(yàn)次數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)因溫度變化導(dǎo)致的密封不良情況。除關(guān)注SF6壓力表示數(shù)外，應(yīng)定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行紅外檢漏及超聲局放檢測(cè)，確保時(shí)刻掌握設(shè)備運(yùn)行工況。

5結(jié)語

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展下，電能已然成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的重要能源之一，怎樣實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的高效化利用成為相關(guān)人員需要思考和解決的問題。高壓斷路器是維護(hù)和管控電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要基礎(chǔ)性設(shè)備之一，高壓斷路器的存在對(duì)電網(wǎng)的正常運(yùn)行起著十分重要的作用。為此，在新的歷史時(shí)期需要相關(guān)人員在工作中利用所學(xué)知識(shí)及時(shí)分析和掌握高壓斷路器的運(yùn)行情況和故障類型、故障成因，并采取有效的措施來處理這些故障，旨在能夠?yàn)殡娋W(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和人們安全用電提供重要支持。

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