500 kV斷路器防拒動隱患排查分析

劉建寅，儲海軍，嚴鵬志，封建寶，黃烜城，袁 超

(江蘇方天電力技術有限公司，江蘇 南京 211100)

0 引言

國家電網(wǎng)公司運維檢修部(以下簡稱“國網(wǎng)運檢部”)按照調度核算得出：三大直流滿送運行期間，華東地區(qū)126座變電站、換流站，合計520臺斷路器拒動會導致兩回及以上特高壓直流同時發(fā)生換相失敗，其中江蘇省內(nèi)42座變電站、換流站，合計182臺。

為了確保斷路器的正確動作，控制江蘇省內(nèi)的電網(wǎng)運行風險，需要開展斷路器的防拒動專項隱患排查治理工作，主要工作為：對三年基準周期內(nèi)未檢修的500 kV及以上斷路器針對性開展停電帶保護傳動，本體、操作回路、操作機構檢查維護等項目。

1 檢修周期內(nèi)斷路器運行狀態(tài)變化統(tǒng)計

通過該次防拒動檢查，基本摸清了省內(nèi)三年基準周期未檢修斷路器運行狀態(tài)發(fā)生變化的概率。182臺斷路器中，測試不合格臺數(shù)合計7臺，分別為動作電壓不合格4臺，機械特性不合格3臺；機械特性參數(shù)在標準上限浮動而建議檢修的7臺。182臺斷路器中不良狀態(tài)臺數(shù)及占比見表1所示。

表1 182臺斷路器中不良狀態(tài)臺數(shù)及占比

省內(nèi)三年基準周期內(nèi)未檢修斷路器測試不合格總概率3.85 %。為實現(xiàn)在役斷路器測試不合格率為“零”，需設立“經(jīng)濟”而又“必要”的檢修時限，及時對在役斷路器開展專項測試、調試，掌控斷路器運行狀態(tài)，從而使不合格率趨于“零”。由于缺少在役斷路器檢修記錄，此年限尚待精確計算。

2 各廠、各型斷路器運行狀況比較

通過該次182臺斷路器防拒動隱患排查，可以得出江蘇省內(nèi)三年基準周期未檢修條件下，各個廠家、各型斷路器的運行狀況變化的比較優(yōu)勢，比較不合格表現(xiàn)，如表2所示。由數(shù)據(jù)得出以下結論。

表2 防拒動排查中各廠、各型斷路器試驗不合格表現(xiàn)

(1) 江蘇省內(nèi)主要在役斷路器以西門子、ABB、阿爾斯通三廠為主。阿爾斯通相較略少，如圖1所示。

圖1 江蘇省內(nèi)各廠家在役斷路器數(shù)量分布

考慮到樣本數(shù)量要求，以19臺以上為有效樣本，則滿足要求的樣本有西門子公司3AT2/3EI型斷路器、3AP2FI型斷路器、ABB公司HPL550(T)B2型斷路器、阿爾斯通公司GL317X(D)型斷路器，合計3個廠家、4種類型斷路器。

(2) 在相同檢修周期內(nèi)，ABB公司彈簧斷路器(HPL550型)試驗不合格發(fā)生概率相對較高；阿爾斯通公司彈簧斷路器(GL317X(D)型)建議檢修率較高，與斷路器生產(chǎn)批次及型號有較大關系。

試驗中，存在斷路器機械特性參數(shù)在廠家標準上限附近浮動的情況，且均為彈簧斷路器，在排除現(xiàn)場干擾等因素后，懷疑斷路器合分閘彈簧因長時間受壓已產(chǎn)生蠕變，需重新調節(jié)合分閘彈簧壓力，可恢復斷路器性能。

由于現(xiàn)場停電時間有限及其他原因，未能立即安排延期停電檢修，故向各業(yè)主單位建議在試驗結束后申請專項停電時間，安排維保檢修工作。該型斷路器即為建議檢修斷路器。4種類型主役斷路器建議檢修情況如表3所示。

表3 4種類型主役斷路器建議檢修情況對比

將表2和表3中的4型種類主役斷路器運行表現(xiàn)匯總于表4中，可以看出，在相同檢修周期內(nèi)，HPL550型斷路器試驗不合格率相對較高，GL317X(D)型斷路器建議檢修率最高。

表4 4種類型主役斷路器的試驗表現(xiàn)

阿爾斯通4臺建議檢修斷路器中，2臺在南京某變電站2005年生產(chǎn)、GL317XD型、帶有合閘電阻；2臺在蘇州某變電站，2005年生產(chǎn)、GL317型，此外，該變電站此次測試中另外3臺GL317型斷路器機械特性參數(shù)也存在臨近標準上限的趨勢，情況相對略好，已建議對該變?nèi)縂L317斷路器開展維保調試。

由于上述斷路器均為2004—2005年生產(chǎn)，應與斷路器生產(chǎn)批次及型號存在關系，并且均已投運12年以上，建議開展中期檢修維保工作。

(3) 從表5數(shù)據(jù)可以看出，阿爾斯通公司生產(chǎn)的GL317X(D)型斷路器機械特性參數(shù)標準范圍相較其他公司更加寬松；相反，西門子公司500 kV斷路器機械特性參數(shù)標準范圍限定要求最嚴苛。

表5 4種類型主役斷路器機械特性參數(shù)范圍對照 ms

(4) 以公司產(chǎn)品對比，西門子公司斷路器試驗不合格率及建議檢修率最低，分別為1.52 %和0。

表6 不同廠家斷路器試驗不合格率及建議檢修率對照

該次防拒動檢查中，西門子公司斷路器測試不合格律及建議檢修率最低。原因分析，3AT2/3型液壓斷路器產(chǎn)品設計成熟，微動壓力接點可以實時閉環(huán)控制高壓油路油壓，維持油壓穩(wěn)定，不存在彈簧疲勞及蠕變問題，保證了斷路器機械性能穩(wěn)定；另外，江蘇省電力公司正在大力開展斷路器中期維保技改工作，部分斷路器前期已進行過相應檢修工作，整體性能得到一定恢復；3AP型斷路器多為2008年后生產(chǎn)，正處于性能穩(wěn)定期，故該次防拒動檢查中發(fā)現(xiàn)缺陷概率相對較低。

(5) 阿爾斯通公司生產(chǎn)的FX-22(D)型液壓斷路器，試驗不合格率高達66 %。FX-22(D)型液壓斷路器，三相6斷口、各斷口獨立機構動作，在小樣本情況下，即發(fā)生較多意外不合格事件。說明斷路器一方面可能因為投運時間過長，需要開展深度大修工作；另一方面可能自身設計存在設計缺陷(發(fā)生氮氣泄露時，如未能及時、正確地排氣，會嚴重影響斷路器機械特性)，故建議后期加強該型監(jiān)控與維保。

3 斷路器出現(xiàn)或即將出現(xiàn)參數(shù)不合格與在役 年限上分析

由于彈簧型機構在實際運行時，合、分閘彈簧均保持屈服極限以下的額定應力狀態(tài)，隨著在役時間的延長，合、分閘彈簧逐漸產(chǎn)生蠕變，彈簧應力松弛，導致斷路器機械特性或動作電壓試驗出現(xiàn)不合格現(xiàn)象。不合格現(xiàn)象與在再役年限關系如表7所示。液壓型斷路器隨著在役年限延長，會出現(xiàn)內(nèi)部密封件老化、液壓油變質、滲漏、甚至油路堵塞等問題，均可導致斷路器機械特性或動作電壓出現(xiàn)不合格。故斷路器機械特性、動作電壓與在役年限存在直接相關性。從表7中可以看出以下結論。

表7 斷路器出現(xiàn)或即將出現(xiàn)試驗不合格與在役年限關系

(1) ABB公司2010年前后生產(chǎn)的HPL550型斷路器穩(wěn)定性偏低。主要病癥表現(xiàn)為動作電壓不符合標準，其中2臺線圈動作電壓低于標準下限、1臺線圈動作電壓高于標準上限。低于標準下限，可能造成在斷路器二次回路感應電情況下，“誤合”及“偷跳”；高于標準上限，則可能造成斷路器在二次回路額定電壓下“拒動”。

(2) FX-22D型斷路器出現(xiàn)試驗不合格率較大的原因之一，可以歸結為在役年限已經(jīng)較長。

(3) 彈簧斷路器機械特性參數(shù)出現(xiàn)不合格現(xiàn)象年限約為12年，HPL550型則相對更短一些，建議為10年。

ABB公司HPL550型與阿爾斯通GL317，GL317XD型斷路器，均為彈簧型斷路器。由于斷路器的分閘彈簧相較合閘彈簧更加細長，額定容量更小，發(fā)生蠕變現(xiàn)象更加明顯。

故而彈簧斷路器出現(xiàn)機械特性參數(shù)不合格時，往往表現(xiàn)為合閘時間縮短、速度增快，分閘時間延長、速度減慢現(xiàn)象。機械特性參數(shù)超標會嚴重影響斷路器的電氣性能。分閘速度過慢，可造成斷口滅弧能力下降，電弧持續(xù)時間延長、拉弧、滅弧室噴口燒損等，極端情況可導致斷路器半分半合、長時間燃弧、斷路器爆炸等。

(4) LW10B-550/CYT型斷路器還需加強質量標準檢驗?，F(xiàn)場測試時發(fā)現(xiàn)斷路器一側斷口的合閘電阻值為2 929 Ω，后經(jīng)廠家人員維修處理后，合閘電阻值恢復為207 Ω。重新進行斷路器機械特性測試及低電壓動作試驗后，驗證各項數(shù)據(jù)均合格。

該型斷路器服役4年即發(fā)生缺陷，說明其自身質量存有缺陷，應加強質量標準檢驗。

4 結論

對江蘇省內(nèi)500 kV斷路器防拒動專項隱患排查工作中機械特性測試部分進行了詳細分析，對今后針對性開展斷路器中期維保調試，及斷路器新增選型等具有參考意義。

(1) 在相同檢修周期內(nèi)，ABB公司彈簧斷路器（HPL550型)試驗不合格發(fā)生概率相對較高；阿爾斯通公司彈簧斷路器(GL317X(D)型)建議檢修率較高；西門子公司斷路器試驗不合格率及建議檢修率最低。

(2) 阿爾斯通公司生產(chǎn)的FX-22(D)型液壓斷路器，試驗不合格率高達66 %，原因之一可以歸結為在役年限已經(jīng)較長。

(3) 彈簧斷路器機械特性參數(shù)出現(xiàn)不合格現(xiàn)象年限約為12年，HPL550型相對更短一些，建議為10年。