500kV交流變電站斷路器故障原因分析

孫潔

摘要：作為一項(xiàng)重要的電網(wǎng)樞紐，5OOkV交流變電站的安全運(yùn)行對(duì)整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的安全性有著直接影響。當(dāng)前，我國500kV交流變電站頻發(fā)斷路器損壞及爆炸事故，對(duì)電能的輸送造成了嚴(yán)重影響，因此，對(duì)我國高壓斷路器的運(yùn)行情況展開深入分析，并對(duì)薄弱環(huán)節(jié)加強(qiáng)管理具有非常重要的意義。

關(guān)鍵詞：500kV交流變電站;斷路器故障;原因分析

1.500kV交流變電站斷路器的運(yùn)行情況

1.1斷路器基本結(jié)構(gòu)及原理分析

高壓斷路器指的是額定電壓超過3kV，且能對(duì)過載電流進(jìn)行承載、關(guān)合、開斷的一類開關(guān)設(shè)備。高壓開關(guān)類設(shè)備主要包括斷路器、負(fù)荷開關(guān)、接地短路器及熔斷器等產(chǎn)品，其總體結(jié)構(gòu)均由開斷、支撐、傳動(dòng)三大元件及基座、操動(dòng)機(jī)構(gòu)五部分組成。在電網(wǎng)巾，斷路器主要起著控制、保護(hù)、安全隔離的作用。為確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性，高壓斷路器需滿足以下要求：其一，能對(duì)各種短路故障及負(fù)載線路進(jìn)行快速可靠地關(guān)合與開斷;其二，在電氣性能方面，當(dāng)長期通過額定的負(fù)載電流時(shí)，升高的溫度不可超過規(guī)定值，并且短時(shí)通過短路電流時(shí)能充分符合動(dòng)穩(wěn)定及熱穩(wěn)定要求;其三，相間斷口之間觸頭的不同期性及分合均可達(dá)到技術(shù)要求，且按要求操作后，零部件密封性能依舊良好，且未受到損壞;其四，在較為惡劣的環(huán)境下，依然可以保證穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 5OOkV交流變電站斷路器的運(yùn)行情況簡述

近年來我國500kV電網(wǎng)的斷路器運(yùn)行情況總體來講是安全穩(wěn)定運(yùn)行的，但也有少量斷路器存在問題。以超高壓輸電公司梧州局為例，對(duì)其斷近年來斷路器運(yùn)行情況進(jìn)行簡單概述。當(dāng)前，梧州局共有500kV梧州變電站與500kV賀州變電站2座50OkV變電站，前者于1993年開始投入運(yùn)行，后者于2003年投入運(yùn)行。500kV變電站巾的35kV斷路器主要對(duì)電抗器及電容器起著投切作用，由于操作次數(shù)過于頻繁，因而觸頭有著程度不同的燒傷，且導(dǎo)致接觸的電阻值偏大。例如賀州變電站322斷路器，投運(yùn)3年后發(fā)現(xiàn)A、c相同路電阻超標(biāo)，A相交接值為l31.7歐姆，c相交接值為167.8歐姆，而標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)為不大于34歐姆。另外，產(chǎn)品觸頭質(zhì)量不穩(wěn)定也是導(dǎo)致本開關(guān)回路電阻增長過快的原因。在長期T作電流下發(fā)熱的熱量將隨著電阻的增加而增大，電接觸的溫度急劇上升，可能造成：1、金屬材料機(jī)械強(qiáng)度下降。2、接觸面表面強(qiáng)烈氧化，接觸電阻更加惡化。3、絕緣材料絕緣性能下降。一般情況下采取的短期措施：運(yùn)行人員加強(qiáng)對(duì)該開關(guān)紅外測(cè)溫力度，每月對(duì)該開關(guān)進(jìn)行紅外測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)匯報(bào);中期措施：縮短試驗(yàn)周期，建議半年對(duì)該開關(guān)回路電阻進(jìn)行復(fù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)明顯增長，建議進(jìn)一步分析及做開關(guān)大修處理。長期措施：提高35kV斷路器選型標(biāo)準(zhǔn)，建議要求廠家把質(zhì)保期從1年從調(diào)整為2—3年，以促使廠家提高產(chǎn)品質(zhì)量及降低運(yùn)維成本，延K設(shè)備的全生命周期。在其他供電單位中，出現(xiàn)過因1觸頭接觸電阻值過大進(jìn)而導(dǎo)致斷路器爆炸的案例。因此，對(duì)500kV斷路器的運(yùn)行及故障進(jìn)行深入分析意義重大。

2.500kv交流變電站斷路器發(fā)生故障的原因

2.1斷路器的典型故障原因分析

①GIS設(shè)備故障原因。2012年3月，廣東惠州市50okV博羅站的220kVGIS2M設(shè)備發(fā)生短路故障。經(jīng)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，故障原因母線中存在一定的粉塵，其在氣流及電場(chǎng)力的作用下，聚集在了絕緣支撐臺(tái)的表面，導(dǎo)致B相絕緣被擊穿，進(jìn)而出現(xiàn)B相絕緣故障。發(fā)生B相故障后，大量燒蝕物形成，使得SF6絕緣氣體出現(xiàn)劣化，最終造成l-相短路。

②SF6斷路器故障原因。以佛山500kV滄江站為例。2012年1月，滄江站3號(hào)主變壓器的開關(guān)出現(xiàn)三相跳閘現(xiàn)象。分析故障原因得知，3號(hào)主變壓器開關(guān)本體相的保護(hù)時(shí)間不一致，且繼電器小轉(zhuǎn)軸的一側(cè)未裝配到位，導(dǎo)致動(dòng)觸點(diǎn)21至24的復(fù)位出現(xiàn)異常，觸點(diǎn)的間隙變小，該對(duì)接點(diǎn)受到的搖側(cè)絕緣電阻為0，進(jìn)而啟動(dòng)了三相不一致的出口跳閘繼電器。

2.2斷路器常見故障分析

①拒動(dòng)故障原因：斷路器內(nèi)部空壓系統(tǒng)儲(chǔ)氣罐或氣路連接閥門未打開，導(dǎo)致儲(chǔ)氣罐中的氣壓不足，壓力降低達(dá)不到分閘要求，導(dǎo)致斷路器兩相尢法正常跳開，失靈啟動(dòng)，進(jìn)而跳開了母線上所連接的開關(guān)，導(dǎo)致拒動(dòng)故障的發(fā)生。例如，某變電站500kV某路線A相發(fā)生接地故障，5032與5033斷路器出現(xiàn)跳閘，5033斷路器A相拒動(dòng)，其失靈保護(hù)重動(dòng)跳5033開關(guān)三相，A、C相出現(xiàn)拒動(dòng)，啟動(dòng)500kVII母線差動(dòng)保護(hù)，500kVⅡ母線上5012、5023、5053斷路器跳閘。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查分析得知，拒動(dòng)故障原因?yàn)槟┐蜷_5033的B相斷路器的空壓系統(tǒng)儲(chǔ)氣罐至A、C相氣路連接閥門，使得A、c相儲(chǔ)氣罐氣壓不足，壓力降低達(dá)不到分閘要求，進(jìn)而使得5033斷路器A、c兩相未能跳開，失靈啟動(dòng)，母線上所連接的開關(guān)跳開。

②誤動(dòng)故障原兇：潮氣滲入了匯控柜內(nèi)的繼電器端子，接通了分閘與合閘回路，引起了開關(guān)錯(cuò)誤分合閘;受到外部震動(dòng)影響，三相不一致跳閘繼電器的結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)閉合誤動(dòng);分閘線圈的電源側(cè)出現(xiàn)了接地導(dǎo)通，導(dǎo)致出現(xiàn)單相錯(cuò)誤跳閘;機(jī)構(gòu)的行程開關(guān)出現(xiàn)卡澀，開關(guān)發(fā)出了錯(cuò)誤的閉鎖信號(hào)等。例如，某500kV變電站一臺(tái)運(yùn)行中的500kV斷路器突然發(fā)生跳閘，相關(guān)保護(hù)未發(fā)生動(dòng)作，裝置無異常。斷路器操作箱A、B相跳閘燈亮，C相跳閘燈不亮，且斷路器本體三相跳開。事后對(duì)相關(guān)記澩進(jìn)行分析，得知斷路器苗‘先是A、B相Ⅱ組跳閘出幾回路動(dòng)作跳閘，3580ms后斷路器本體三相一致保護(hù)動(dòng)作出口c相跳閘。分析原因?yàn)楸Ｗo(hù)室有其他外接啟動(dòng)TJR的裝置組屏r=作，存在偶然瞬時(shí)接地;第Ⅱ組直流系統(tǒng)絕緣良，引起負(fù)極電壓升高，TJR兩端電壓大于其動(dòng)作電壓等。

3.斷電器常見缺陷的有效整改策略

3.1絕緣缺陷的整改

斷路器絕緣缺陷主要表現(xiàn)為內(nèi)部的帶電體對(duì)上殼進(jìn)行放電，其主要原為在安裝及裝配內(nèi)部過程中，未有效控制清潔度，使得經(jīng)過多次振動(dòng)后，一些異物從裝配部件掉落下來，或是移到強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域，進(jìn)而造成內(nèi)部放電。因此，為有效控制絕緣故障的內(nèi)部放電問題，首先就需要將內(nèi)部裝配及安裝的清潔水平進(jìn)一步提高，同時(shí)在投入運(yùn)行前，進(jìn)行操作沖擊耐壓試驗(yàn)，將異物盡可能清除。同時(shí)，在實(shí)際運(yùn)行過程中，對(duì)GIS設(shè)備及罐式進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)測(cè)。

3.2二次回路的整改

繼電器失靈、分合閘線圈被燒毀、潮氣滲入端子等為二次同路發(fā)生故障的主要原因。在斷路器中，其可靠動(dòng)作的重要條件即為機(jī)構(gòu)的二次同路，當(dāng)發(fā)生二次同路故障時(shí)，極易現(xiàn)拒動(dòng)、誤動(dòng)現(xiàn)象。因此，為有效控制此類故障的發(fā)生，生產(chǎn)廠商及相關(guān)運(yùn)行部門應(yīng)充分注重二次路，在制造過程中，采用優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，保證二次路元件的可靠性;運(yùn)行部門則應(yīng)加大維修工作力度，充分保證二次路的正常工作。

結(jié)語：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷深人及各行各業(yè)的飛速發(fā)展，電力發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。近些年來，500kV交流變電站斷路器故障頻發(fā)，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行造成了不利影響。因此，有關(guān)電力工作人員應(yīng)對(duì)斷路器的實(shí)際運(yùn)行情況及其故障原展開深人分析，通過探尋有效的整改措施，進(jìn)而促進(jìn)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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