高壓斷路器常見故障檢修及狀態(tài)監(jiān)測如何開展
2024.04.01高壓斷路器作為電力系統(tǒng)中不可或缺的裝置，起著重要的保護和控制作用，特別是在電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大的情況下，高壓斷路器所發(fā)揮的作用越來越重要，當(dāng)然對它的運行也提出了更高的要求，因此，保障高壓斷路器的安全、穩(wěn)定運行具有重要的意義。
提高高壓斷路器運行水平的方法主要有兩種：一是高壓斷路器本身生產(chǎn)質(zhì)量的提高;二是實施必要的檢修和維護減少或者避免故障的發(fā)生。但由于電力系統(tǒng)中所使用的高壓斷路器數(shù)量眾多，以傳統(tǒng)的計劃檢修方式來維持高壓斷路器的正常運行逐漸凸顯出諸多問題，如工作量大、成本高、檢修不徹底等，已經(jīng)無法滿足大規(guī)模高壓斷路器的安全、穩(wěn)定運行，基于此，有必要對高壓斷路器實施針對設(shè)備實際運行工況的在線監(jiān)測，以便實時掌握斷路器的工作狀況、缺陷部位，減少不必要的停電試驗和檢修，提高故障診斷的有效性，保證斷路器運行的可靠性和穩(wěn)定性。
與國外相比，我國斷路器狀態(tài)監(jiān)測還處于發(fā)展階段，因此，對其進行研究無疑具有更為實際的意義。文章以高壓斷路器常見故障及檢修為基礎(chǔ)，針對性的根據(jù)易發(fā)故障的重要部位和常見的故障類型提出狀態(tài)監(jiān)測方法，從而為故障診斷提供精確的數(shù)據(jù)參考，以便準確、快速的根據(jù)故障實況采取有效的故障檢修方法。
1.斷路器常見故障
斷路器的工作狀態(tài)直接關(guān)系著電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與安全性，對斷路器的常見故障及檢修方法的總結(jié)和歸納是進行深入研究斷路器狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的基礎(chǔ)，這對狀態(tài)監(jiān)測項目的確定，及準確的故障診斷和快速的故障處理具有重要意義。筆者對所在單位近幾年斷路器的故障進行了統(tǒng)計，數(shù)據(jù)表明，拒動、誤動、絕緣、載流等故障最為突出，需要根據(jù)不斷類型的故障采取不同的檢修方法，具體歸納如下。
1.1 拒動故障
高壓斷路器拒動故障分為拒分故障和拒合故障兩種，其中拒分最為嚴重，往往會導(dǎo)致越級跳閘，造成系統(tǒng)故障，擴大事故范圍，拒動故障的產(chǎn)生是由多方面因素導(dǎo)致的。
首先是機械方面。操動機構(gòu)及其傳動系統(tǒng)機械故障是導(dǎo)致高壓斷路器拒動的主要原因。故障的診斷和處理需差異化對待，對于液壓操動機構(gòu)導(dǎo)致的故障，先檢查氣壓表及其低壓閉鎖裝置，核查低壓閉鎖裝置動作是否正確，液壓操動機構(gòu)內(nèi)部及其液壓回路檢查由專業(yè)人員處理;對于氣動操作機構(gòu)導(dǎo)致的故障，查看是否因為壓縮空氣管道回路中排水不及時而產(chǎn)生的凍結(jié)導(dǎo)致的，若存在凍結(jié)，應(yīng)立即解凍，排凈水污，然后檢查壓縮空氣管道回路中各部件是否正常運行，證實低氣壓閉鎖動作的正確性;若都沒有問題，則可能是內(nèi)部元件及壓縮空氣管道回路故障。
其次是電氣方面，側(cè)重于電氣控制和輔助回路方面的問題，如分合閘線圈燒損、端子排接線脫落、輔助開關(guān)節(jié)點接觸不良等。在診斷電氣故障時，先檢查電氣控制回路的直流電源電壓，若電壓值低于規(guī)定值，需調(diào)整到規(guī)定值，然后在運行的狀態(tài)下對電氣控制回路及其原件進行檢查，操動機構(gòu)輔助原件導(dǎo)致的故障需專業(yè)人員處理。
最后是斷路器本體及其中間傳動機構(gòu)故障。如滅弧室動調(diào)整不當(dāng)、動觸頭絕緣拉桿脫落、動觸頭的絕緣拉桿損壞（折斷）等。斷路器本體及中間傳動機構(gòu)故障所致的拒動故障，同樣應(yīng)先檢查壓力表及其低壓閉鎖裝置動作的正確性，查看SF6氣體壓力降低是否是低溫所致，斷路器加熱裝置運行是否正常，若存在故障，應(yīng)作恢復(fù)處理;如果是漏氣所致，應(yīng)補充氣體后，退出運行檢查;若內(nèi)部元件存在故障，需退出后處理。
1.2 斷路器誤動故障
高壓斷路器誤動故障的產(chǎn)生主要是由二次回路接線和操動機構(gòu)機械故障引起的。操動機構(gòu)中分合閘電磁鐵動作電壓低，當(dāng)操作控制回路中直流系統(tǒng)接地時，斷路器誤分或者誤合。另外，操動機構(gòu)分合閘電磁鐵鎖扣扣入太少，當(dāng)運行中斷路器周圍因某種原因有振動時，使其在無指令時會自行分合閘。
對于以上兩種斷路器誤動故障的診斷和處理措施如下：首先檢查設(shè)備控制回路的直流系統(tǒng)有無接地故障，然后查看附近相關(guān)地點或工作有無強烈振動，排除周圍環(huán)境或者是人為因素后，退出運行后檢查處理。
1.3 絕緣故障
從筆者所統(tǒng)計的數(shù)據(jù)得出，高壓斷路器的絕緣故障發(fā)生的次數(shù)也是比較多的，其中，內(nèi)絕緣故障、外絕緣和瓷套閃絡(luò)故障最為常見。外絕緣故障一般較容易檢查和處理，對于高壓斷路器內(nèi)部存在異物的內(nèi)絕緣故障需要專業(yè)人士進行檢查。
1.4 載流故障
斷路器載流故障主要是由于觸頭接觸不良過熱或者是引線過熱造成的，這種狀況下應(yīng)聯(lián)系電力調(diào)度部門減輕負荷。新安裝的斷路器觸頭接觸不良主要是由于動觸頭與靜觸頭沒有對中，接觸不良導(dǎo)致載流或絕緣事故，此時需要加強監(jiān)視，減少負荷，做好解體檢查準備。
1.5 泄露故障
對于液壓操動機構(gòu)，可能由于高壓放油閥關(guān)閉或密封不嚴、液壓油管道回路中接頭有漏油等導(dǎo)致的液壓機構(gòu)漏油;對于氣動操動機構(gòu)，可能是壓縮空氣回路管道接頭有漏油、儲氣罐的放水閥關(guān)閉不嚴等導(dǎo)致的氣動機構(gòu)漏氣。
發(fā)生液壓機構(gòu)漏油故障，應(yīng)對液壓油回路管道進行細致檢查，發(fā)現(xiàn)截止閥關(guān)閉不嚴的地方立即關(guān)好;對于氣動機構(gòu)漏氣的情況，對機構(gòu)的壓縮空氣回路管道的閥門和連接部位檢查是否滲漏，對機構(gòu)及其回路中的閥體和部件發(fā)現(xiàn)異常時退出運行后查明故障。
除了以上所述各類故障外，還有高壓斷路器開斷、關(guān)合故障以及部件損壞故障等，可以看出，高壓斷路器故障類型太多，都有可能對其正常運行產(chǎn)生影響，加上斷路器數(shù)量的不斷增多，若依舊沿用傳統(tǒng)的計劃檢修模式，很難滿足目前電力系統(tǒng)運行和發(fā)展需求，迫切需要實施基于實時運行的狀態(tài)監(jiān)測。
2.高壓斷路器狀態(tài)監(jiān)測
從目前我國的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，目前還無法針對高壓斷路器的每一個部位實施針對性的在線監(jiān)測，因此，筆者根據(jù)上文所總結(jié)的各類故障，基于監(jiān)測技術(shù)的可行性及監(jiān)測部位的重要性，提出以下具體在線監(jiān)測策略。
2.1 滅弧室在線監(jiān)測
高壓斷路器優(yōu)良的絕緣和滅弧性能是其被廣泛應(yīng)用的重要原因，但在實際運行過程中，多種因素的共同作用會導(dǎo)致滅弧性能和絕緣性能會降低。SF6高壓斷路器滅弧室最常見的故障是泄漏問題與微水超標問題，泄漏問題可通過檢測氣體壓力或密度來檢測。
2.1.1 SF6氣體密度的監(jiān)測
SF6性能主要取決于它的密度，密度降低會導(dǎo)致其絕緣性能和滅弧性能的降低。另外，由于密度的降低主要是由于氣體的泄露引起的，而氣體的泄漏將帶來外界水分的滲透，最后導(dǎo)致 SF6氣體中含水量增多，因此，對實際運行的SF6氣體密度進行在線監(jiān)測是很必要的，但監(jiān)測氣體的密度又是非常困難的。因此，可通過監(jiān)測氣體的壓力來反映氣體的密度。
在此情況下斷路器通常設(shè)有兩級警告信號，即一級補氣壓力信號和二級閉鎖壓力信號。通常狀況下，補氣壓力信號低于額定氣壓約10%，閉鎖壓力又低5%。另外，在滅弧室沒有發(fā)生泄漏的情況下，氣體的壓力還與溫度有關(guān)，氣室的壓力隨著溫度的上升而升高，在工程實踐中，根據(jù)測量時的溫度便可在SF6溫度特性曲線上查出當(dāng)時的氣體壓力值，然后判斷滅弧室的泄漏情況。
可能造成斷路器運行發(fā)出SF6氣體壓力低于規(guī)定值信號的原因主要有以下幾點：一是地區(qū)冬季氣溫突然大幅增加;二是監(jiān)視氣體壓力報警系統(tǒng)故障;三斷路器主體密封面或氣體壓力表接頭充氣、或取氣樣氣閥密封不嚴實有嚴重漏氣;對于第一種情況，SF6氣體確因冬季氣溫突然大幅下降而降低，應(yīng)對罐體加溫設(shè)施進行檢查，并投入運行;對于第二種情況，對SF6氣體密度繼電器和氣體壓力表的指示值進行核對，找出誤發(fā)信號原因進行處理;對于第三種情況，如因漏氣造成壓力降低，首先應(yīng)給斷路器補充SF6氣體，在查明漏氣處是否是壓力表、充氣或取氣樣閥等處，條件允許的話可以在運行中進行處理，如果是套管法蘭、工作孔蓋板等相關(guān)連接面密封造成漏氣，應(yīng)加強監(jiān)視，退出運行后進行處理。
2.1.2 斷路器微水含量的監(jiān)測
SF6氣體中的水分會使得其絕緣性能和滅弧性能就會顯著下降。另外，其工頻閃絡(luò)電壓也會隨之下降。此外，還會導(dǎo)致斷路器觸頭發(fā)生電弧放電時產(chǎn)生有潛在危險的化學(xué)物質(zhì)。綜上，對斷路器的微水含量在線監(jiān)測是及其必要的。SF6氣體含水量的測量方法有重量法、電解法、露點法、電容法等，不同的測量方法會得到不同的測量結(jié)果，筆者建議采用電解法和露點法作為日常的測量方法。
造成SF6氣體中微水含量超過規(guī)定或接近允許的最大值的原因是多方面的，需嚴格按照監(jiān)測工藝規(guī)定排除測量儀器中原有的空氣后取氣分析，得出正確數(shù)值;監(jiān)測補氣時的操作;以上兩者均無問題，則對該斷路器加強監(jiān)測，如果運行中的SF6氣體的微水含量繼續(xù)上升且速度較快，則應(yīng)該將斷路器退出運行進行徹底處理;結(jié)合前述內(nèi)容確定SF6斷路器實時狀態(tài)監(jiān)測內(nèi)容如下：氣壓、密度、露點值、微水含量、工作環(huán)境溫度、氣壓變化率、20℃時氣壓。
2.2 高壓斷路觸頭電壽命的在線監(jiān)測
斷路器每次開合都會使斷路器觸頭產(chǎn)生一定的損傷，一般以觸頭在開斷時的磨損來衡量斷路器電壽命，它是衡量斷路器的重要指標之一，因此，電壽命是斷路器在線監(jiān)測的重要參數(shù)。影響斷路器電壽命的因素有很多，主要因素是電磨損，包括滅弧室、滅弧介質(zhì)、觸頭這三方面，起決定性作用的是觸頭的電磨損。目前，對電壽命的研究計算很多，如累計開斷電流或電弧能量法、累計開斷電流加權(quán)法、計及燃弧時間加權(quán)評估法、觸頭相對電磨損與相對電壽命法等。
這些方法中，只有計及燃弧時間加權(quán)評估法可直接計算出觸頭的電磨損，其他方法均是間接表征電磨損;其次，觸頭相對電磨損與相對電壽命法可以針對不同種類的斷路器進行評估，也可以較準確的表征斷路器的電磨損情況。由于另外兩種方法中可耗總量也是可以求取的，所以也可以很好地描述電磨損的損耗情況。在此，筆者建議選取觸頭相對電磨損與相對電壽命法實施在線監(jiān)測。
3.結(jié)語
文章根據(jù)高壓斷斷器的故障類型主要從兩個方面實施狀態(tài)監(jiān)測，為后期的故障診斷和處理提供參考，減少故障發(fā)生率，提高故障處理效率，以保障電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，如上文所述，目前的監(jiān)測技術(shù)無法對高壓斷路器每一個可能出現(xiàn)故障的部位進行有效的監(jiān)測，因此，需要進一步加強研究，提高斷路器的綜合監(jiān)測效率。
