淺談高壓開關(guān)電器設(shè)備故障及診斷研究

牛俊友 張 峰 顧曉勒

(河南省電力公司商丘供電公司，河南 商丘 476000)

在整個(gè)電力系統(tǒng)中，一旦某一環(huán)節(jié)中某個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障，都將對(duì)用戶正常的安全生產(chǎn)直接或間接地產(chǎn)生影響，更甚者還可能會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失或?qū)τ脩魡T工的生命安全構(gòu)成威脅，因而，電力設(shè)備的穩(wěn)定性和供電過程的連續(xù)性越來越受到人們的重視。

設(shè)備可靠性是指在規(guī)定時(shí)間和條件下，電氣設(shè)備對(duì)規(guī)定功能的完成能力。而設(shè)備的故障是指電氣設(shè)備整體或局部在規(guī)定時(shí)間和條件下，對(duì)規(guī)定功能的完成能力被降低或喪失。一直以來，國家和行業(yè)都分別為提高供電可靠性，降低設(shè)備故障率而努力，有些電力企業(yè)為此還更換為可靠性較高的設(shè)備。然而，經(jīng)相關(guān)實(shí)踐證明，對(duì)于設(shè)備可靠性的提高和故障率的降低僅僅依靠更換高級(jí)設(shè)備是有限的，因而即使功能再好，再高級(jí)的設(shè)備也避免不了故障的發(fā)生，因而，另外還應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備性能檢測(cè)手段地強(qiáng)化、檢測(cè)手段地拓寬、故障發(fā)現(xiàn)率地提高等工作才能有效達(dá)到縮短維修實(shí)踐和提高設(shè)備可靠性的目的。

一、電力設(shè)備的檢修與故障

1.故 障后維修

故障后維修是指在電力設(shè)備故障發(fā)生后或者發(fā)生故障并造成相關(guān)事故后進(jìn)行的維修工作，也可稱為故障搶修。該檢修方式較為消極和被動(dòng)，一般都會(huì)對(duì)用戶和電力企業(yè)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，因而，該維修方式是不可取的。

2.預(yù) 防故障維修。

預(yù)防性故障維修是以時(shí)間為依據(jù)對(duì)設(shè)備或裝置進(jìn)行定期的維護(hù)，也可稱為定期檢修。其可分為預(yù)防性實(shí)驗(yàn)和定期檢修。

預(yù)防性實(shí)驗(yàn)是在停電或停運(yùn)的條件下進(jìn)行的，具有增加維護(hù)成本、費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行造成影響、檢測(cè)不到正常運(yùn)行中設(shè)備的真實(shí)技術(shù)性能和狀態(tài)等缺點(diǎn)，更為重要的一點(diǎn)是對(duì)于已存在的故障或隨機(jī)因素引起的偶發(fā)性故障不能輕易發(fā)現(xiàn)，會(huì)出現(xiàn)經(jīng)常將其誤判為“合格”的現(xiàn)象。

定期檢修是指根據(jù)設(shè)備的規(guī)定時(shí)間和周期進(jìn)行的，該檢修方式直接或間接地受檢修人員素質(zhì)高低和責(zé)任心的影響，比如說對(duì)漏檢或漏修設(shè)備某個(gè)部件，對(duì)本來運(yùn)行正常的設(shè)備引入新的缺陷和隱患，或者更換的零部件的質(zhì)量不理想。另外，由于這種檢修方式對(duì)設(shè)備的拆裝頻率較高，因而將直接或間接對(duì)設(shè)備零件造成損壞影響，同時(shí)增加維修成本，特別是每次重裝后都會(huì)有新問題地出現(xiàn)。

3.預(yù) 知檢修

預(yù)知檢修是近幾年發(fā)展起來的，是一種比較先進(jìn)的檢修方式，也可稱為狀態(tài)檢修。該檢修方式主要是通過設(shè)備的分時(shí)巡查測(cè)試和適時(shí)監(jiān)測(cè)來掌握每臺(tái)設(shè)備的具體運(yùn)行狀態(tài)、性能變化趨勢(shì)和惡化程度。其對(duì)于常規(guī)的定期檢修和實(shí)驗(yàn)已不再像以往檢修方式一樣以時(shí)間為依據(jù)來進(jìn)行的，真正實(shí)現(xiàn)了無病不修、有病才修、修必修好的目的。該檢修方式具有檢修次數(shù)少、停運(yùn)損失少、有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)備零部件的檢修、有針對(duì)性地檢查相關(guān)銜接部位、提高設(shè)備利用率和有效防止意外突發(fā)事故的發(fā)生等優(yōu)點(diǎn)。

二、電氣設(shè)備的故障機(jī)理與外在的表現(xiàn)形式

1.導(dǎo) 流回路的發(fā)熱機(jī)理和表征

電力系統(tǒng)中的電力設(shè)備的組成部分是導(dǎo)流回路、絕緣防護(hù)部分、導(dǎo)磁回路部分和控制傳動(dòng)部分，其中導(dǎo)流回路一般都是由銅或鉛等金屬制成，是其較為重要的組成部分。引起導(dǎo)流回路電阻增大的主要原因是整個(gè)回路中的觸頭、接頭或連接件等電氣節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了接觸面或接觸壓力等事件。根據(jù)焦耳-楞次定律：

（其中P是指發(fā)熱功率（W），I是指通過負(fù)荷電流（A），R是指直流電阻（Ω））

當(dāng)有負(fù)載電流通過導(dǎo)流回路時(shí)，必然會(huì)通過熱損耗的形式消耗一部分電能，產(chǎn)生發(fā)熱功率，從而使接觸不良導(dǎo)體產(chǎn)生局部發(fā)熱現(xiàn)象，進(jìn)而使金屬導(dǎo)體接觸面被加速氧化，并形成惡性循環(huán)。

2.介 質(zhì)損耗的發(fā)熱機(jī)理和表征

絕緣防護(hù)部分具有絕緣、散熱、滅弧等作用，是電器設(shè)備中另一相當(dāng)重要的組成部分，其主要是由固體、液體或氣體等電介質(zhì)構(gòu)成。介質(zhì)損耗是指在交變電壓作用下絕緣介質(zhì)的能量損耗，由該損耗形成的發(fā)熱功率可以表示為：

（其中P是指發(fā)熱功率（W），ω是指交變電壓的角頻率（ω=2πf），U 是指施加電壓（V），C是指介質(zhì)等值電容（F），Ctgδ是指介質(zhì)損耗角正切值。）

通過該式，介質(zhì)損耗與施加電壓平方成正比，直接或間接受式樣尺寸、介質(zhì)材料和電壓頻率的影響，但與負(fù)荷電流大小無關(guān)，且設(shè)備內(nèi)部和導(dǎo)體周圍的絕緣介質(zhì)即使處于正常運(yùn)行狀態(tài)，也會(huì)受交變電壓作用而引起介質(zhì)損耗并發(fā)熱，從而使得損耗因素不斷增大，并增加了發(fā)熱功率，進(jìn)而使設(shè)備的運(yùn)行溫度不斷被升高。同時(shí)，由于設(shè)備的內(nèi)部故障不同于外部故障能被直觀察覺，而是以傳熱原理顯現(xiàn)在外部，因而，工作人員在巡查檢測(cè)中可以結(jié)合溫度分布規(guī)律或熱表現(xiàn)象來發(fā)現(xiàn)設(shè)備的熱狀態(tài)、變化趨勢(shì)及部位。

3.電 器設(shè)備的熱穩(wěn)定及異常的判定

總所周知，電氣設(shè)備在運(yùn)行之前的溫度與周圍介質(zhì)是相同的，但運(yùn)行后其溫度就會(huì)升高，進(jìn)而形成溫差，并以傳導(dǎo)或輻射等方式傳入周圍介質(zhì)，而當(dāng)周圍介質(zhì)與發(fā)熱導(dǎo)體溫度相對(duì)平衡后，若工作電流不變，則導(dǎo)體溫度也會(huì)相對(duì)溫度，即在正常運(yùn)行情況下，電源、地點(diǎn)、時(shí)間和設(shè)備都相同時(shí)，設(shè)備的溫度升溫也相同。但設(shè)備的故障發(fā)熱升溫卻恰恰相反，要比正常高，并產(chǎn)生差異，若差異值越大，則設(shè)備的危害也越大。

3.1 電器設(shè)備外部故障判定

電器設(shè)備的外部故障是能用肉眼看到的，對(duì)其應(yīng)根據(jù)GB763-90《導(dǎo)則》規(guī)定的最高允許溫度進(jìn)行。其中當(dāng)相間溫差小于20℃時(shí)為正常發(fā)熱，當(dāng)相間溫差在20℃~40℃時(shí)為異常發(fā)熱，而當(dāng)相間溫差在40℃以上時(shí)為嚴(yán)重發(fā)熱，對(duì)于處于危險(xiǎn)區(qū)的應(yīng)立即處理。

3.2 電器設(shè)備內(nèi)部故障判定

在各類電器設(shè)備中，發(fā)生內(nèi)部故障比例較大的是通斷類設(shè)備。一般由各類觸頭接觸不良產(chǎn)生的熱功率通過兩種方式來傳導(dǎo)，一種是通過金屬連接部件傳導(dǎo)到外部，一種是通過固液氣等介質(zhì)傳導(dǎo)，當(dāng)傳導(dǎo)到外部時(shí)就產(chǎn)生了溫度差。通常情況下，判定內(nèi)部故障的原則有兩個(gè)，一種是根據(jù)金屬導(dǎo)體，另一種是根據(jù)絕緣介質(zhì)傳導(dǎo)。其中前者中當(dāng)設(shè)備表面升溫在15℃以下且相間溫差低于10℃時(shí)為正常發(fā)熱；當(dāng)外部最高溫升在15℃~20℃范圍內(nèi)且相間溫差在10℃~15℃時(shí)為異常發(fā)熱；當(dāng)設(shè)備外部最高溫升在20℃以上且相間溫差超過15℃為嚴(yán)重發(fā)熱。后者中當(dāng)設(shè)備表面溫升在3℃~8℃且相間溫差在2℃~4℃時(shí)為一般故障。

結(jié)論

總之，電器設(shè)備診斷是一項(xiàng)較為復(fù)雜的技術(shù)工程，涉及面較廣，難度也較大。運(yùn)行設(shè)備的測(cè)試手段主要有紅外檢測(cè)、蠟片檢測(cè)、分時(shí)紅外測(cè)試幾種測(cè)試手段，其中紅外診斷技術(shù)不僅能滿足電力生產(chǎn)設(shè)備的高溫、高壓、高速旋轉(zhuǎn)、高電壓等要求，還能準(zhǔn)確判斷出設(shè)備故障、降低維修費(fèi)用、提高設(shè)備可靠性，因而其應(yīng)用較為廣泛，但其仍須行業(yè)內(nèi)相關(guān)人士繼續(xù)研究和探索。

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