淺談高壓開關電器設備故障及診斷研究

?？∮?張 峰 顧曉勒

(河南省電力公司商丘供電公司，河南 商丘 476000)

在整個電力系統中，一旦某一環節中某個設備出現故障，都將對用戶正常的安全生產直接或間接地產生影響，更甚者還可能會帶來巨大的經濟損失或對用戶員工的生命安全構成威脅，因而，電力設備的穩定性和供電過程的連續性越來越受到人們的重視。

設備可靠性是指在規定時間和條件下，電氣設備對規定功能的完成能力。而設備的故障是指電氣設備整體或局部在規定時間和條件下，對規定功能的完成能力被降低或喪失。一直以來，國家和行業都分別為提高供電可靠性，降低設備故障率而努力，有些電力企業為此還更換為可靠性較高的設備。然而，經相關實踐證明，對于設備可靠性的提高和故障率的降低僅僅依靠更換高級設備是有限的，因而即使功能再好，再高級的設備也避免不了故障的發生，因而，另外還應加強設備性能檢測手段地強化、檢測手段地拓寬、故障發現率地提高等工作才能有效達到縮短維修實踐和提高設備可靠性的目的。

一、電力設備的檢修與故障

1.故 障后維修

故障后維修是指在電力設備故障發生后或者發生故障并造成相關事故后進行的維修工作，也可稱為故障搶修。該檢修方式較為消極和被動，一般都會對用戶和電力企業造成一定的經濟損失，因而，該維修方式是不可取的。

2.預 防故障維修。

預防性故障維修是以時間為依據對設備或裝置進行定期的維護，也可稱為定期檢修。其可分為預防性實驗和定期檢修。

預防性實驗是在停電或停運的條件下進行的，具有增加維護成本、費時、費力、對設備正常運行造成影響、檢測不到正常運行中設備的真實技術性能和狀態等缺點，更為重要的一點是對于已存在的故障或隨機因素引起的偶發性故障不能輕易發現，會出現經常將其誤判為“合格”的現象。

定期檢修是指根據設備的規定時間和周期進行的，該檢修方式直接或間接地受檢修人員素質高低和責任心的影響，比如說對漏檢或漏修設備某個部件，對本來運行正常的設備引入新的缺陷和隱患，或者更換的零部件的質量不理想。另外，由于這種檢修方式對設備的拆裝頻率較高，因而將直接或間接對設備零件造成損壞影響，同時增加維修成本，特別是每次重裝后都會有新問題地出現。

3.預 知檢修

預知檢修是近幾年發展起來的，是一種比較先進的檢修方式，也可稱為狀態檢修。該檢修方式主要是通過設備的分時巡查測試和適時監測來掌握每臺設備的具體運行狀態、性能變化趨勢和惡化程度。其對于常規的定期檢修和實驗已不再像以往檢修方式一樣以時間為依據來進行的，真正實現了無病不修、有病才修、修必修好的目的。該檢修方式具有檢修次數少、停運損失少、有針對性地進行設備零部件的檢修、有針對性地檢查相關銜接部位、提高設備利用率和有效防止意外突發事故的發生等優點。

二、電氣設備的故障機理與外在的表現形式

1.導 流回路的發熱機理和表征

電力系統中的電力設備的組成部分是導流回路、絕緣防護部分、導磁回路部分和控制傳動部分，其中導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。引起導流回路電阻增大的主要原因是整個回路中的觸頭、接頭或連接件等電氣節點出現了接觸面或接觸壓力等事件。根據焦耳-楞次定律：

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

當有負載電流通過導流回路時，必然會通過熱損耗的形式消耗一部分電能，產生發熱功率，從而使接觸不良導體產生局部發熱現象，進而使金屬導體接觸面被加速氧化，并形成惡性循環。

2.介 質損耗的發熱機理和表征

絕緣防護部分具有絕緣、散熱、滅弧等作用，是電器設備中另一相當重要的組成部分，其主要是由固體、液體或氣體等電介質構成。介質損耗是指在交變電壓作用下絕緣介質的能量損耗，由該損耗形成的發熱功率可以表示為：

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

通過該式，介質損耗與施加電壓平方成正比，直接或間接受式樣尺寸、介質材料和電壓頻率的影響，但與負荷電流大小無關，且設備內部和導體周圍的絕緣介質即使處于正常運行狀態，也會受交變電壓作用而引起介質損耗并發熱，從而使得損耗因素不斷增大，并增加了發熱功率，進而使設備的運行溫度不斷被升高。同時，由于設備的內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在外部，因而，工作人員在巡查檢測中可以結合溫度分布規律或熱表現象來發現設備的熱狀態、變化趨勢及部位。

3.電 器設備的熱穩定及異常的判定

總所周知，電氣設備在運行之前的溫度與周圍介質是相同的，但運行后其溫度就會升高，進而形成溫差，并以傳導或輻射等方式傳入周圍介質，而當周圍介質與發熱導體溫度相對平衡后，若工作電流不變，則導體溫度也會相對溫度，即在正常運行情況下，電源、地點、時間和設備都相同時，設備的溫度升溫也相同。但設備的故障發熱升溫卻恰恰相反，要比正常高，并產生差異，若差異值越大，則設備的危害也越大。

3.1 電器設備外部故障判定

電器設備的外部故障是能用肉眼看到的，對其應根據GB763-90《導則》規定的最高允許溫度進行。其中當相間溫差小于20℃時為正常發熱，當相間溫差在20℃~40℃時為異常發熱，而當相間溫差在40℃以上時為嚴重發熱，對于處于危險區的應立即處理。

3.2 電器設備內部故障判定

在各類電器設備中，發生內部故障比例較大的是通斷類設備。一般由各類觸頭接觸不良產生的熱功率通過兩種方式來傳導，一種是通過金屬連接部件傳導到外部，一種是通過固液氣等介質傳導，當傳導到外部時就產生了溫度差。通常情況下，判定內部故障的原則有兩個，一種是根據金屬導體，另一種是根據絕緣介質傳導。其中前者中當設備表面升溫在15℃以下且相間溫差低于10℃時為正常發熱；當外部最高溫升在15℃~20℃范圍內且相間溫差在10℃~15℃時為異常發熱；當設備外部最高溫升在20℃以上且相間溫差超過15℃為嚴重發熱。后者中當設備表面溫升在3℃~8℃且相間溫差在2℃~4℃時為一般故障。

結論

總之，電器設備診斷是一項較為復雜的技術工程，涉及面較廣，難度也較大。運行設備的測試手段主要有紅外檢測、蠟片檢測、分時紅外測試幾種測試手段，其中紅外診斷技術不僅能滿足電力生產設備的高溫、高壓、高速旋轉、高電壓等要求，還能準確判斷出設備故障、降低維修費用、提高設備可靠性，因而其應用較為廣泛，但其仍須行業內相關人士繼續研究和探索。

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