500kV斷路器回路電阻故障分析

摘要：斷路器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其安全穩(wěn)定運(yùn)行是保證電力系統(tǒng)安全供電的重要保證，但由于斷路器使用頻率較高，因此其發(fā)生故障的概率也較高，尤其是回路電阻故障。在對(duì)斷路器回路電阻進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述后，介紹了回路電阻常見故障及故障查找方法，最后結(jié)合實(shí)例對(duì)500kV斷路器回路電阻故障進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：斷路器；常見故障；故障查找；500kV

中圖分類號(hào)：TM56#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號(hào)：1007-0079（2014）18-0125-02

一、回路電阻的組成

在高壓斷路器中，導(dǎo)電回路主要由裝設(shè)進(jìn)出線端子的導(dǎo)體、靜觸頭、中間觸頭以及動(dòng)觸頭等環(huán)節(jié)共同構(gòu)成，而回路電阻則主要由觸頭、套管導(dǎo)電體固有電阻、導(dǎo)電體、動(dòng)靜觸頭之間的接觸電阻以及導(dǎo)電體之間的連接電阻等共同組成。一般而言，回路電阻（R）主要由三部分組成，即各導(dǎo)電體的固有電阻之和（Ra）、導(dǎo)電體與觸頭以及導(dǎo)電體之間的連接電阻（Rb）、動(dòng)靜觸頭之間的接觸電阻（Rc），用公式可表示為：R=Ra+Rb+Rc。

二、回路電阻中的常見故障

一是電阻的連接出現(xiàn)故障。斷路器的連接面通常與螺母螺栓相連，有的連接面之間涂有密封材料或?qū)щ姼啵?jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行，受到金屬熱脹冷縮、自然侵蝕、地基下沉以及開關(guān)分合時(shí)震動(dòng)等方面的影響，連接電阻就會(huì)出現(xiàn)一定的變化。如果高壓斷路器的運(yùn)行時(shí)間在20年以上，那么連接面之間的密封材料或?qū)щ姼嗑蜁?huì)出現(xiàn)劣化現(xiàn)象，從而增加回路中連接電阻的值。此外，受到山洪、地震等自然災(zāi)害的影響，斷路器連接面受徑向應(yīng)力也會(huì)發(fā)生變化，從而會(huì)導(dǎo)致接觸電阻有所增加。

二是導(dǎo)電體故障。一般情況下，導(dǎo)電體中的固有電阻值是固定不變的，當(dāng)導(dǎo)電體材質(zhì)出現(xiàn)不良現(xiàn)象、設(shè)計(jì)存在問題或鑄造工藝不夠精細(xì)時(shí)，電流才會(huì)較大，這樣對(duì)斷路器進(jìn)行分合的過程時(shí)，導(dǎo)電體會(huì)因機(jī)械應(yīng)力而出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。近幾年來，隨著制造工藝的不斷進(jìn)步，通常不會(huì)出現(xiàn)此類故障。

三是滅弧室動(dòng)靜觸頭接觸電阻故障。滅弧室動(dòng)靜觸頭接觸電阻是斷路器中非常重要的組成部分，其發(fā)生故障的概率較高。在分合狀態(tài)中，動(dòng)靜觸頭經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，這樣就會(huì)導(dǎo)致接觸面經(jīng)常出現(xiàn)一定變化，從而導(dǎo)致觸頭表面發(fā)生氧化現(xiàn)象。當(dāng)觸頭表面氧化、觸指壓力不足時(shí)，接觸電阻就會(huì)出現(xiàn)變化。如果滅弧室中的動(dòng)靜觸頭出現(xiàn)接觸不良，受到運(yùn)行電流持續(xù)作用的影響，觸頭發(fā)熱就會(huì)出現(xiàn)異常現(xiàn)象，長(zhǎng)此以往就會(huì)對(duì)觸頭表面造成一定磨損。帶隊(duì)故障電流斷開時(shí)，動(dòng)靜觸頭就會(huì)被燃燒并發(fā)生熔化，這樣會(huì)對(duì)斷路器的正常合閘造成一定的不良影響，嚴(yán)重時(shí)還可能會(huì)因拒動(dòng)而導(dǎo)致斷路器發(fā)生爆炸。高壓斷路器狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程中明確表示，機(jī)械特性試驗(yàn)和回路電阻試驗(yàn)都是高壓斷路器例行試驗(yàn)中的重要組成部分，一旦發(fā)現(xiàn)高壓斷路器回路電阻出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，則可結(jié)合高壓斷路器的同期數(shù)據(jù)和機(jī)械特性對(duì)異常原因進(jìn)行詳細(xì)判斷與分析。

三、故障因素的查找

根據(jù)圖1可知，500kV高壓斷路器中含有雙斷口，一端和電流互感器相連，另一端則和刀閘相連。根據(jù)高壓斷路器的具體結(jié)構(gòu)，可把故障位置的查找分為A、B、C、D、E、F6個(gè)點(diǎn)，其一共有2個(gè)斷口動(dòng)靜觸頭接觸電阻，它們分別是REF、RAB；連接電阻的也有2個(gè)，即2個(gè)斷口動(dòng)觸側(cè)導(dǎo)電桿和三聯(lián)箱法蘭的連接電阻，它們分別是RDE、RBC。在B、C、D、E4點(diǎn)中對(duì)故障進(jìn)行查找時(shí)不方便使用線夾，此時(shí)，為了減少查找時(shí)間及工作量，可把它們分成以下4點(diǎn)：RAB：刀閘側(cè)斷口動(dòng)靜觸頭間的電阻；RAC：刀閘側(cè)斷口靜觸頭到三聯(lián)箱法蘭處的電阻；RDF：電流互感器側(cè)斷口靜觸頭到三聯(lián)箱法蘭處的電阻；REF：電流互感器側(cè)斷口動(dòng)靜觸頭間的電阻。

對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷時(shí)，如果RAB、REF不在產(chǎn)品技術(shù)文件標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，或者比歷史值有明顯的增長(zhǎng)，則表示斷路器中的滅弧室已發(fā)生故障。出現(xiàn)這些現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)對(duì)斷路器的多動(dòng)作進(jìn)行多次測(cè)量。如果試驗(yàn)數(shù)據(jù)沒有發(fā)生任何變化，可根據(jù)斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析。如果斷路器長(zhǎng)期不發(fā)生任何動(dòng)作，靜觸頭在試驗(yàn)過程中就很可能會(huì)出現(xiàn)接觸不到位的現(xiàn)象。一般而言，此時(shí)分合閘同期數(shù)據(jù)是異常的，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：一是分合閘速度不符合相關(guān)要求；二是動(dòng)觸頭插入超程量不夠；三是分合閘的時(shí)間不符合相關(guān)要求，或者出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。對(duì)于上述異?，F(xiàn)象，可采取以下措施解決：結(jié)合斷路器的具體情況對(duì)故障相絕緣拉桿進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)；對(duì)斷路器中的相關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行潤(rùn)滑處理，以使分合閘中的機(jī)構(gòu)卡阻現(xiàn)象得到一定消除。

如果斷路器中分合閘數(shù)據(jù)處于正常狀態(tài)，此時(shí)對(duì)絕緣拉桿回路電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，如果其發(fā)生改變，則表示斷路器中的動(dòng)靜觸頭出現(xiàn)問題，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是因?yàn)橛|指壓力不足、螺母或彈簧松動(dòng)、動(dòng)靜觸頭表面磨損以及多次短路故障電流在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)分合閘等。對(duì)于螺母松動(dòng)現(xiàn)象，可利用紅外熱成像儀進(jìn)行測(cè)量，以判斷是否存在電壓致熱現(xiàn)象。對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查的過程中，如果發(fā)現(xiàn)RAB、REF中的數(shù)據(jù)處于正常水平，而RDE、RBC三相之間存在比較明顯的差異，則表明出現(xiàn)故障的是三聯(lián)箱和斷路器動(dòng)觸頭之間的連接部分。

四、案例分析

1.導(dǎo)體接觸面故障

導(dǎo)體接觸面出現(xiàn)故障時(shí)，主要表現(xiàn)為以下幾種情況：一是長(zhǎng)時(shí)間在惡劣運(yùn)行環(huán)境中運(yùn)行，導(dǎo)體接觸面的密封介質(zhì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，甚至被雨水淋走。二是對(duì)斷路器進(jìn)行安裝時(shí)，螺栓和螺母的壓力不足。三是斷路器兩端的支柱路基出現(xiàn)一定下沉，或者在設(shè)計(jì)及施工過程中出現(xiàn)誤差，斷路器的兩端不在同一個(gè)水平面上，從而使兩端導(dǎo)體的接觸面都需承受一定的徑向壓力，當(dāng)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)后，回路電阻值會(huì)增大。對(duì)此500kV變電站斷路器進(jìn)行例行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的回路電阻值存在超標(biāo)現(xiàn)象，但對(duì)三相分合閘同期數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查時(shí)卻發(fā)現(xiàn)其是合格的。

由于三相分合閘同期合格，而斷路器分合閘數(shù)據(jù)又處于正常狀態(tài)，因此，結(jié)合多個(gè)方面，可斷定斷路器中滅弧室的動(dòng)靜觸頭的接觸正常，由此可知，回路中的電阻值出現(xiàn)超標(biāo)是因?yàn)閷?dǎo)體接觸面而導(dǎo)致的。按照?qǐng)D1中的結(jié)構(gòu)圖對(duì)回路電阻進(jìn)行分段測(cè)試，得到表1中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表1#8194;斷路器回路電阻分段測(cè)試數(shù)據(jù)

斷路器A相B相C相

RAB（μΩ）35.135.435.6

RAC（μΩ）37.436.836.9

REF（μΩ）35.335.335.8

RDF（μΩ）164.237.837.4

總回路電阻（μΩ）200.58688

根據(jù)表1可知，此斷路器中A相的REF數(shù)值處于正常狀態(tài)，而RDF數(shù)值則出現(xiàn)了比較明顯的異常現(xiàn)象。進(jìn)行分段測(cè)試時(shí)，此斷路器A相和靠近TA側(cè)的滅弧室回路電阻都是正常的，而靠近TA側(cè)的滅弧室動(dòng)觸頭和三聯(lián)箱法蘭之間的連接處電阻發(fā)生異常，有時(shí)可高達(dá)128.9μΩ，這就是發(fā)生故障所在。

對(duì)分段測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析可知，斷路器三聯(lián)箱和滅弧室動(dòng)觸頭之間的連接部分接觸不良才會(huì)導(dǎo)致斷路器中的回路電阻值發(fā)生超標(biāo)現(xiàn)象。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行相關(guān)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，斷路器中靠近電流互感器一側(cè)的支柱瓷瓶地基出現(xiàn)一定下沉，而斷路器兩端和三聯(lián)箱所在水平面是不同的，從而造成靠近電流互感器一側(cè)的斷口瓷瓶和三聯(lián)箱出現(xiàn)徑向的向下應(yīng)力，其連接部位的上端面的間隙約為2～3mm。通用對(duì)斷路器進(jìn)行解體并詳細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)，其滅弧室的動(dòng)觸頭和斷路器三聯(lián)箱之間的連接部分的密封膠已經(jīng)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，某些部分甚至存在氧化及脫落現(xiàn)象。

2.接觸電阻故障

對(duì)500kV變電站中的某斷路器進(jìn)行停電例行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其回路電阻值出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，三相之間有較大差距。此外，與往年的例行試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比，也出現(xiàn)了較明顯差異，其中B相回路電阻值已大于產(chǎn)品技術(shù)文件標(biāo)準(zhǔn)。表2為相關(guān)數(shù)據(jù)的具體值。對(duì)此500kV斷路器進(jìn)行機(jī)械特性試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，其三相分合閘中的同期性數(shù)據(jù)都出現(xiàn)了異常現(xiàn)象。其中B相分合閘同期性較差，而A相和C相中分合閘的同期性較好，此外，B相合閘比A、C兩相慢，分閘則比A、C兩相快，這可能是因?yàn)榛芈冯娮柚狄駼相滅弧室動(dòng)靜觸頭出現(xiàn)接觸故障而導(dǎo)致。

表2#8194;斷路器回路電阻值數(shù)據(jù)

回路電阻（μΩ）ABC

上次試驗(yàn)數(shù)據(jù)817986

本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)8216884

表3#8194;斷路器回路電阻分段測(cè)試數(shù)據(jù)

斷路器A相B相C相

RAB（μΩ）35.4113.035.5

RAC（μΩ）38.0117.336.8

REF（μΩ）35.334.735.9

RDF（μΩ）36.635.236.9

總回路電阻（μΩ）8216884

根據(jù)表3可知，斷路器中的B相靠近刀閘側(cè)滅弧室回路電阻出現(xiàn)了比較明顯的異?，F(xiàn)象，其余回路中的電阻則處于正常狀態(tài)，因此，可判定出現(xiàn)故障的是B相靠近刀閘一側(cè)的滅弧室。

根據(jù)該斷路器分合閘中相關(guān)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，認(rèn)為在合閘時(shí)，B相滅弧室的動(dòng)靜觸頭沒有完全到位，從而導(dǎo)致動(dòng)靜觸頭出現(xiàn)接觸不良現(xiàn)象。因此，以超行程方式對(duì)B相進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)時(shí)，應(yīng)使動(dòng)靜觸頭處于完全接觸狀態(tài)?；芈分械碾娮柚禃?huì)隨著B相斷路器絕緣拉桿的上調(diào)而逐漸減小，而分合閘同期也會(huì)相應(yīng)縮小，把絕緣拉桿往上調(diào)8mm后，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)是合格的。此時(shí)，回路電阻值和三相分合閘同期也應(yīng)達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

五、結(jié)語

斷路器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，而回路電阻故障則是斷路器常見的故障問題，其危害十分明顯。運(yùn)行中發(fā)生的斷路器爆炸事故，其中一部分是由于斷路器回路電阻故障引起的。因此，正確診斷分析斷路器回路電阻超標(biāo)原因，并準(zhǔn)確找到故障位置，是及時(shí)解決斷路器回路電阻故障問題的重要體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：孫晴）