變電站運(yùn)行中高壓斷路器常見故障及對策

王華劍 國網(wǎng)陜西省電力公司檢修公司 候婷 國網(wǎng)陜西省電力公司延安供電公司

在電力系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展過程中，斷路器中包含了電能的調(diào)節(jié)功能。電網(wǎng)的可靠性與安全性會直接影響到高壓斷路器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。高壓斷路器在電網(wǎng)中主要起到隔斷電流的作用，相當(dāng)于控制開關(guān)，當(dāng)保護(hù)裝置正常動作時(shí)，斷開高壓斷路器對電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)，降低電網(wǎng)設(shè)備損壞風(fēng)險(xiǎn)。一旦高壓斷路器出現(xiàn)故障，不僅會造成非正常停電，而且會嚴(yán)重?zé)龤щ娏υO(shè)備，不僅對我國電力經(jīng)濟(jì)造成重大影響，嚴(yán)重還會導(dǎo)致人身安全事故，對人們的正常生活造成很大的影響。針對高壓斷路器所面臨的各種故障，進(jìn)而研究分析得出相應(yīng)的故障診斷方案，有著十分重要的實(shí)際與理論價(jià)值。

一、高壓斷路器常見故障

（一）拒動

高壓斷路器拒動分為拒分、拒合兩種故障，拒分對電網(wǎng)威脅較大，會導(dǎo)致越級跳閘，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。拒動則是多方面因素造成的故障。

1.拒絕合閘

可能性原因?yàn)椋夯芈酚须妷簳r(shí)線圈燒毀或斷線或鐵芯出現(xiàn)卡色，回路無電壓時(shí)熔絲熔斷、或輔助開關(guān)觸點(diǎn)接觸不良、或二次回路接觸不良；當(dāng)鐵芯動作后操作杠桿未啟動?？赡苄栽?yàn)椋哼\(yùn)動過程受阻、合閘鎖扣扣入牽引桿過深、線圈端子電壓偏低、鐵芯撞桿導(dǎo)致變形；操作機(jī)構(gòu)未釋放?？赡苄栽?yàn)椋褐黧w或操作機(jī)構(gòu)被卡住、杠桿扭曲變形、牽引桿未出“死區(qū)”。

2.拒絕分閘

可能性原因?yàn)椋壕€圈端子帶電壓時(shí)鐵芯卡澀、線圈燒毀或部分?jǐn)嗑€。線圈端子不帶電壓時(shí)熔絲熔斷或二次回路接觸不良；機(jī)構(gòu)連板系統(tǒng)未動作。可能性原因?yàn)椋罕倔w或者部分機(jī)構(gòu)嚴(yán)重卡澀。

（二）誤動

斷路器中的電力系統(tǒng)的重要影響因素就在于斷路器的誤動作，導(dǎo)致出現(xiàn)自動合閘，此后又出現(xiàn)分閘，儲能后自動合閘等現(xiàn)象。其異常表現(xiàn)和可能性分析如下：線圈儲能后合閘?？赡苄栽?yàn)椋簭?fù)歸彈簧變形致使四連桿為復(fù)位、合閘四連桿的受力過小、鎖扣支架支撐連接松動、電機(jī)電源未接及時(shí)切換；無分閘信號可自動分閘?？赡苄栽?yàn)椋悍珠l線圈的動作電壓過低、繼電器觸點(diǎn)始終閉合、二次回路出現(xiàn)接地現(xiàn)象；分閘后又合閘?？赡苄栽?yàn)椋悍珠l扣和操作機(jī)構(gòu)未復(fù)位、鎖鉤表面變形嚴(yán)重致使鎖扣不穩(wěn)定、操作機(jī)構(gòu)復(fù)位后幅度過大。

（三）絕緣

在高壓斷路器的總故障中，絕緣故障的頻率較高，分為內(nèi)絕緣故障、外絕緣故障和瓷套閃絡(luò)故障。外絕緣故障容易發(fā)現(xiàn)和處理，而斷路器內(nèi)的異物容易引起故障，因此有必要進(jìn)行有針對性的檢查。

（四）載流

高壓斷路器的觸頭接觸不良會導(dǎo)致不同程度的觸頭過熱和載流。這種情況要求電力部門做好溝通，首先降低電網(wǎng)實(shí)際負(fù)荷，安裝新的斷路器觸頭。新斷路器的接觸異?？赡苁怯捎诎惭b過程中斷路器動觸頭與靜觸頭錯位，造成接觸不良。

（五）泄露

泄漏是指放油閥關(guān)閉不嚴(yán)或密封不嚴(yán)造成的漏油。液壓油管路接頭泄漏會導(dǎo)致液壓機(jī)嚴(yán)重漏油。氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在壓縮空氣管路連接處可能漏油，儲氣罐放水閥操作不當(dāng)易導(dǎo)致氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)漏氣。

二、高壓斷路器的故障診斷方法

在高壓斷路器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所發(fā)出的振動信號是對設(shè)備當(dāng)下運(yùn)行情況的一個主要反映，當(dāng)下如何高效捕捉到振動信號是開展故障診斷處理的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對振動信號所開展的分析處理是全面掌握設(shè)備有效特征的基礎(chǔ)條件。

時(shí)域分析法：在1980年后才正式開始逐漸應(yīng)用，對時(shí)域信號所產(chǎn)生的均值及標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行計(jì)算，以此構(gòu)成一個對應(yīng)的特征向量，并既定有兩種特征來對斷路器的狀態(tài)進(jìn)行表征，但這種特征提取方式無法精準(zhǔn)反映出局部故障的信息，因此在分析法中的優(yōu)勢不足，在實(shí)際工程應(yīng)用中缺乏相應(yīng)的價(jià)值。而就動態(tài)時(shí)間規(guī)整法（DTW）來說，對其最早期的應(yīng)用是在語音識別范疇，能有效的將各孤立點(diǎn)進(jìn)行有序匹配以及識別。按照斷路器所發(fā)出的正常信號中所帶有的獨(dú)立性，選出一組正常的振動信號作為參考的主要標(biāo)準(zhǔn)，將實(shí)際振動信號所產(chǎn)生的時(shí)間特征量與其進(jìn)行比較分析，以此來確定其是否屬于正常運(yùn)行狀態(tài)。但這種方法無法準(zhǔn)確感知信號在整體強(qiáng)度上的變化，因此也有一定局限性。

頻域分析法：是轉(zhuǎn)換時(shí)域信號為頻域類型、再通過對正常信號以及測試信號頻譜所對應(yīng)的各頻率分布與波動變化進(jìn)行比較，進(jìn)而根據(jù)頻譜中產(chǎn)生的突變量來對斷路器故障進(jìn)行診斷，但因高壓斷路器的振動信號屬非線性信號且周期性并不夠明顯，因此就難以從頻域中找出相應(yīng)明顯的突變量，還需開展更為深入的分析研究。

時(shí)頻分析法：這種方式是對時(shí)域及頻域兩種分辨率的綜合，能在斷路器操動機(jī)構(gòu)振動信號的識別分析中有效適用。當(dāng)下經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法、小波分析及小波包分析等都是時(shí)頻分析法中的主要應(yīng)用模型。經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）適用在對非線性以及是非平穩(wěn)信號的分解中，采取了自適應(yīng)信號的分解算法。EMD可按照信號自身屬性與特點(diǎn)來開展分解及重構(gòu)原始信號，且EMD還可有效處理非平穩(wěn)信號，然而EMD的算法還是有著不少劣勢，如端點(diǎn)效應(yīng)、模態(tài)混疊等。因此，以優(yōu)化后的集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)來分解振動信號，接著對分解后所得到的多組信號進(jìn)行二維譜熵的計(jì)算，然后把構(gòu)成特征向量放到標(biāo)準(zhǔn)的診斷模型里開展故障診斷工作。而小波變換主要是針對非平穩(wěn)信號的分析處理，對振動信號進(jìn)行分析后能得到一個根據(jù)頻率而進(jìn)行改變的時(shí)頻窗口。

三、高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測分析

（一）機(jī)械性能在線監(jiān)測

高壓斷路器在分合閘過程中伴隨著振動信號的產(chǎn)生，通過對不同狀態(tài)的振動信號進(jìn)行分析，可及時(shí)了解斷路器的分合狀態(tài)，對斷路器的機(jī)構(gòu)是否發(fā)生故障作出指示。為保障所采集振動信號的完整性，對振動傳感器進(jìn)行了精準(zhǔn)的選擇。本裝置中選用的振動傳感器采用低頻傳感器，內(nèi)置一級微型IC放大器，可以對信號進(jìn)行一級放大?？紤]到變電站現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜性，振動傳感器安裝在滅弧室和操動機(jī)構(gòu)中間彈簧機(jī)構(gòu)的緩沖器附近，同時(shí)為避免環(huán)境噪聲的影響，振動傳感器本身產(chǎn)生的干擾小、噪聲低。

（二）滅弧室監(jiān)測

1.氣體密度

對氣體進(jìn)行監(jiān)測必須使用專用的檢漏儀，檢測氣體泄漏原因。如果發(fā)生氣體泄漏，工作人員不能待在該區(qū)域，需停留在泄漏點(diǎn)10米以外的地方，再次進(jìn)入工作區(qū)域時(shí)需要等到泄漏停止。如果泄露發(fā)生在內(nèi)部，此時(shí)再進(jìn)行工作時(shí)，需要穿戴防護(hù)工作服，而且必須使用防毒面具，才能進(jìn)行工作。

為了保證工作人員的安全，在進(jìn)行SF6斷路器室內(nèi)檢測時(shí)，室內(nèi)空氣中的氧氣含量必須高于18%，進(jìn)行室內(nèi)通風(fēng)。對斷路器的撿漏，要嚴(yán)格遵守產(chǎn)品說明書的要求，檢測儀器的探頭不宜長時(shí)間處該環(huán)境里。當(dāng)表針發(fā)生強(qiáng)烈報(bào)警時(shí)，說明檢測探頭接觸到了高濃度的六氟化硫氣體，而且此時(shí)表針為滿刻度。在工作時(shí)應(yīng)該注意，避免將探頭處于六氟化硫氣體中，如果接觸應(yīng)該立即將探槍離開移到潔凈區(qū)。

2.斷路器微水含量監(jiān)測

斷路器對含水量和六氟化硫氣體的純度都有要求，在內(nèi)部正常運(yùn)行時(shí)會發(fā)生閃絡(luò)，產(chǎn)生多種六氟化硫分解物，氣體絕緣設(shè)備中也會滲入大量的水分（大氣中）。設(shè)備內(nèi)部閃絡(luò)事故發(fā)生的情況一般是在氣壓較高的情況下，氣體絕緣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度因大氣中的水分而下降。此時(shí)，一些活性雜質(zhì)氫氟酸、二氧化硫等氣體，會對各種構(gòu)件產(chǎn)生腐蝕，分解具有毒性的物質(zhì)，如果發(fā)生泄漏會威脅工作人員的健康。因此，要保證沖入設(shè)備中的氣體必須合格，同時(shí)還需要保證氣室的干燥。

（三）高壓斷路器觸頭使用壽命監(jiān)測

在斷路器的監(jiān)測中，斷路器觸頭的使用壽命一般是以斷路器的實(shí)際磨損情況來判斷的。因此，有必要分析各種原因?qū)嗦菲魇褂脡勖挠绊?。對于電壽命的研究和分析，可采用電弧能量法、累?jì)開斷電流法或累計(jì)開斷電流加權(quán)法計(jì)算。其中，計(jì)及燃弧時(shí)間加權(quán)評估可直接獲得斷路器觸頭的電磨損數(shù)據(jù)，并可直接獲得觸頭的壽命結(jié)果。

四、結(jié)束語

綜上所述，高壓斷路器是供電系統(tǒng)重要組成單元，當(dāng)高壓斷路器出現(xiàn)故障時(shí)，會給供電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性及穩(wěn)定性帶來嚴(yán)重威脅。斷路器的故障分析主要通過分析斷路器狀態(tài)、主要故障元件、線圈合閘特征等情況，最終解釋說明斷路器工作的影響因素，進(jìn)而提出相應(yīng)的解決措施，為供電系統(tǒng)運(yùn)維人員處理斷路器故障提供一定指導(dǎo)。