開關類設備缺陷與產品質量關系研究

趙冰鑫

1前言

在輸變電建設過程中，電網設備是電力系統的重要組成部分之一，是實現電能分配、調度和傳輸控制的重要設備。電網設備建設質量對電力系統整體運行質量有著舉足輕重的影響。電網設備施工質量的好壞直接影響著電網設備的經濟性、安全性和可靠性。并且，質量管理作為電網設備施工項目目標管理的重要一環，直接關系著工程進展、成本及企業的競爭力。

高壓開關設備是電力系統中應用范圍最廣、使用數量最大、結構最復雜、制造精度最高、結構型式最多的輸變電設備。高壓開關設備與其它輸變電設備最大的不同之處在于它是“動”的，它必須能夠按照系統的運行要求，按照既定的操作程序，準確和可靠地“接通”或“斷開”電路，尤其是高壓斷路器，它還必須準確和可靠地開斷系統中發生的各種故障，隔離故障區段，保證系統的穩定運行。

由于斷路器在變電站中的應用越來越廣泛，近年來關于斷路器的設備事故和重大設備缺陷也日益增多，因此需要認真統計分析斷路器缺陷產生的原因和部位，加強檢修，維護電網的安全運行。

2斷路器的結構成分

高壓斷路器的主要結構大體分為：導流部分，滅弧部分，絕緣部分，操作機構部分。高壓斷路器的類型很多，根據斷路器安裝地點，可分為戶內和戶外兩種。根據斷路器使用的滅弧介質，可分為以下幾種類型：

（1）油斷路器。油斷路器是以絕緣油為滅弧介質。可分為多油斷路器和少油斷路器。在多油斷路器中，油不僅作為滅弧介質，而且還作為絕緣介質，因此用油量多，體積大。在少油斷路器中，油只作為滅弧介質，因此用油量少體積小，耗用鋼材少。

（2）六氟化硫（SF6）斷路器。SF6斷路器采用具有優良滅弧能力和絕緣能力的SF6 氣體作為滅弧介質，具有開斷能力強、動作快、體積小等優點，但金屬消耗多，價格較貴。近年來SF6斷路器發展很快，在高壓和超高壓系統中得到廣泛應用。尤其以SF6斷路器為主體的封閉式組合電器，是高壓和超高壓電器的重要發展方向。

其作用主要體現在兩方面：

1）控制作用。根據電力系統運行的需要，將部分或全部電氣設備，以及部分或全部線路投入或退出運行。

2）保護作用。當電力系統某一部分發生故障時，它和保護裝置、自動裝置相配合，將該故障部分從系統中迅速切除，減少停電范圍，防止事故擴大，保護系統中各類電氣設備不受損壞，保證系統無故障部分安全運行。

斷路器的內部結構圖如下圖所示，所謂結構決定功能，有什么樣的結構，就決定了有什么樣的功能，在產品的設計階段，必須把產品的設計水平提高，綜合考慮個方面的最優方案，達到較好的平衡，這樣才能設計出比較完善的產品，從而使得產品的優良率得到保證，這與這一切產品的品質來說，必須放到首要位置。

1.絕緣筒 2.上支架 3.上出線座 4.真空滅弧室 5.軟連接 6.下支架 7.下出線座 8.碟簧 9.絕緣拉桿 10.四連桿機構 11.斷路器殼體 12.分閘彈簧 13.四連桿機構 14.分閘電磁鐵 15.含閘凸輪

圖2-5 斷路器的內部結構圖

3斷路器缺陷分析

現場多年對斷路器的事故統計表明，其運行事故的主要類型如下：

（1）操動失靈；

（2）絕緣故障；

（3）導電性能不良。

產生事故的原因，一般可大致分為技術原因和工作原因兩大類。所謂技術原因，是指產品本身或運行方式的缺陷；所謂工作原因，是指造成這些缺陷的工作者過失。

（一）操動失靈

操動失靈表現為斷路器拖動或誤動。由于高壓斷路器最基本、最重要的功能是正確動作并迅速切除電網故障。若斷路器發生拖動或誤動，將對電網構成嚴重威脅，主要是：①擴大事故影響范圍，可能使本來只有一個回路故障擴大為整個母線，甚至全所、全廠停電；②如果延長了故障切除時間，將要影響系統的運行穩定和加重被控制設備的損壞程度；③造成非全相運行。其結果往往導致電網保護不正常動作和產生振蕩現象，容易擴大為系統事故或大面積停電事故。

導致操動失靈的主要原因有：

1）操動機構缺陷；

2）斷路器本體機械缺陷；

3）操作（控制）電源缺陷。

具體分析如下：

1）操動機構缺陷。

操動機構包括電磁機構、彈簧機構和液壓機構現場統計表明，操動機構缺陷是操動失靈的主要原因，大約占70%左右。對電磁與彈簧機構，其機構機械故障的主要原因是卡澀不靈活。此處卡澀，既可能是因為原裝配調整不靈活，也可能是因為維護不良所致、造成機構機械故障的另一個原因是鎖扣調整不當，運行中斷路器自跳（跳閘）多半是此類原因。各連接部位松動、變位，多半是由于螺釘未擰緊、銷釘未上好或原防松結構有缺陷。值得注意的是，松動、變位故障遠多于零部件損壞，由此可見，防止松動的意義并不亞于防止零部件損壞。對液壓機構，其機械故障主要是密封不良造成的，因此保證高油壓部位密封可靠是特別重要的。對機構的電氣缺陷所造成的事故，主要是由輔助開關、微動開關缺陷造成的。輔助開關的故障多數為不切換，由此往往造成操作線圈燒壞。除此，故障還有是由于切換后接觸不良造成拒動。微動開關主要是指液壓機構等上的聯鎖、保護開關。有SW6型斷器的事故統計資料表明，其微動開關故障約占其機構電氣故障的50%左右。除輔助開關、微動開關缺陷外，機構電氣缺陷中比例最大的為二次回路故障。對于這些“配角的配角”也應當引起重視。

2）斷路器本體的機械缺陷

造成斷路器本體操動失靈的缺陷，皆為機械缺陷。其中包括瓷瓶損壞、連接部位松動，零部件損壞和異物卡澀等。為了避免運行中滅弧室的油漏進三角箱，一般都把導電桿動密封調得很緊，當夏季氣溫上升時，動密封往往會把導電桿抱住，當斷路器接到分閘命令時，導電桿運動要克服此抱緊力，往往晚幾十至幾百毫米才能完成分閘動作。對這種“晚動”現象，在事故后僅檢查斷路器不易查出，只有看故障錄波器示波圖才可發現。為了避免此類事故發生，在SW7～220型少油斷路器檢修工藝中已對導電桿的撥出力的允許范圍作了規定，只要認真執行檢修工藝，運行中便不會發生“晚動”事故。

3）操作（控制）電源缺陷

斷路器的操作電源缺陷，也是造成操動失靈的三大根源之一。在操作電源缺陷中，操作電壓不足是最常見的缺陷。其原因多半是由于電站采用交流電源經硅整流后作操作電源，在系統發生故障時，電源電壓大幅度降低，或雖有蓄電池組，但操作電源至斷路器處連線壓降太大，使實際操作電壓低于規定的下限。例如某變電所因一條配電線路發生故障，斷路器在重合時爆炸；另一變電所44kV線路相位接錯，合閘并網時斷路器爆炸。這些都是由于硅整流器電源由本變電所供給，當線路故障時，母線電壓降低所致。

（二）絕緣故障

它主要表現在瓷瓶損壞， 斷路器絕緣材料絕緣性能下降。二次回路引起故障， 具體分析如下：

1）托架瓷瓶損壞， 引起它的原因有： ①瓷瓶安裝位置不正確， 使其受到橫向剪切力。②動觸桿插入靜觸頭行程過大， 在合閘時， 受到沖擊力較大。③由于少油斷路器滲油使斷路器在缺油或少油時運行， 動觸桿撞擊下側油緩沖器， 沖擊瓷瓶。

2）二次回路故障主要是操作者在維修操作不當引起絕緣體損壞， 使其絕緣性能下降。

（三）導電性能不良

主要反映在斷電器動靜觸頭導電不良和進出接線端接觸不良，都能使導電性能下降。若出現此現象，將會使斷路器動靜觸點接通后起熱或損壞個別部件。引起原因有：動靜觸頭中心不正原因；操縱機構原因；進出鋁排接線接觸不良。具體分析如下：

1）動靜觸頭中心調整微有中心不正， 使動靜觸頭合閘時撞擊觸指， 使其變形錯位， 產生接觸不良。

2）操縱機構原因， 由于操縱機構， 使用中產生的磨損耗、變形等， 沒能及時調整維護， 不能使其進入“死點”位置， 使其導電性能下降。

3）進出鋁排接線接觸不良， 它由于通入交流電， 產生的交流振動， 使緊固螺釘日久微松動或鋁排的氧化產生微熱， 使其加劇氧化發熱， 造成接觸不良， 導電效果下降。

參考文獻

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