淺談SF6斷路器故障原因分析

陳基榮

摘 要： SF6斷路器是電力系統中重要的電氣設備之一，它使用數量多、范圍廣，應用在電力系統的各種電壓等級中。SF6斷路器具有工作電流大、體積小、重量輕、絕緣性能優良等優點，盡管SF6斷路器存在諸多優點，仍然會有一些隱形的、較難預見的故障問題，如SF6氣體漏氣現象等。因此，必須通過有效診斷方法檢測，保障 SF6 斷路器運行質量，才能更好地維護電網系統運行的穩定性及安全性，以保證整個電網的安全平穩運行。

關鍵詞： SF6斷路器；故障；檢測

1 SF6斷路器的故障分析

1.1 SF6斷路器常見故障

1.1.1拒動和誤動故障及危害

斷路器的拒動是拒分和拒合的統稱，是指分閘或合閘信號發出后，斷路器未進行相應動作的現象。斷路器的誤動是指斷路器在沒有得到操作指令時發生分閘或合閘動作，或是斷路器的動作與要求的操作指令不一致。對于既沒有控制保護裝置發出動作信號，也沒有人為操作的情況下，斷路器自行分閘，也稱為“偷跳”。造成斷路器拒動或誤動的原因既有斷路器機械方面的原因，也有電氣方面的原因，有時還有繼電保護方面的原因。

1.1.2絕緣故障及危害

從電力系統統計數據中可以看出，高壓斷路器發生絕緣故障是除了SF6氣體泄漏和機械故障之外最多的故障類型。絕緣故障的主要形式有外絕緣對地閃絡擊穿，內絕緣對地閃絡擊穿，相間絕緣閃絡擊穿，雷電過電壓引起的閃絡擊穿，絕緣拉桿閃絡，瓷套管、電容套管閃絡，斷路器內部閃絡等。其中，內部絕緣故障、外絕緣和瓷套閃絡故障發生次數相對較多。

1.2故障原因分析

1.2.1 拒動和誤動故障原因分析

拒動和誤動主要為機械原因及電氣原因，斷路器拒動的機械原因主要由生產制造、安裝調試、檢修等環節引發。據國家電網公司統計，因操動機構及其傳動系統機械故障而導致的斷路器拒動，占到了斷路器拒動故降的65%以上。電氣原因具體的故障表現有分合閘鐵芯卡澀或線圈燒毀、輔助開關故障、二次接線故障、分閘回路電阻燒毀、操作電源故障、閉鎖繼電器故障等。

1.2.2 絕緣故障原因分析

絕緣故障主要分為內絕緣故障及外絕緣故障，內部絕緣故障大多發生在罐式斷路器內以及絕緣拉桿上，主要原因有以下幾種： （1）斷路器的內部金屬異物導致的放電故障、絕緣件沿面發生的閃絡故障、斷路器內部存在懸浮電位導致的放電故障、絕緣件設計缺陷或工藝不良導致的放電故障。外絕緣故障主要表現為斷路器瓷套外絕緣閃絡，主要表現為瓷套的外絕緣爬電比距和外形尺寸不符合標準要求、瓷套的制造質量存在缺陷、所處地區環境污穢狀況超出原設計表面污穢耐受水平。

2 SF6斷路器的診斷方法的探討

2.1主回路電阻測量

在合閘狀態下，測量進、出線之間的主回路電阻，測量電流可取100A到額定電流之間的任一值。若接地開關導電桿與外殼不能絕緣分隔時，可先測量導體外殼的并聯電阻R0和外殼的直流電阻R1，然后按下式換算

2.2斷口間并聯電容器電容量和介質損耗因數

長期的高溫作用會加速絕緣的老化過程，直至損壞絕緣。因此，介質損耗的大小是衡量電容型設備絕緣水平的一項重要指標。

2.3 交流耐壓試驗

工頻耐壓試驗能有效地發現一些被試品的局部缺陷，更好的模擬被試品在實際運行中承受過電壓的情況。交流電壓對檢查自由導電微粒等雜質比較敏感。

2.4 例行檢查和試驗

例行檢查和測試是一種預防性措施，檢查斷路器額定操作電壓下測試時間特性，機械特性檢查、軸、銷、鎖扣和機械傳動部件檢查、操動機構外觀檢查、分、合閘線圈電阻檢測等是否完好。

2.5 SF6斷路器分解及化學檢測方法

在設備正常運行條件下，SF6不與金屬材料和有機固體材料發生反應，但在電弧放電作用下會發生化學分解反應，SF6氣體分解產物的檢測項目有： SO2、H2S、CO和CF4的含量檢測，通過純度分析方法及其中微量水分的檢測方法，可以檢測SF6斷路器的隱患故障。

3 實例分析

現以一個SF6斷路器為試驗進行分析，某變電站某110kV開關間隔遭受雷擊后重合閘，外觀無異常，但該斷路器A相電流明顯高于B、C相電流；于是建議該局試驗班人員進行試驗檢查，試驗項目內容包括：絕緣電阻、回路電阻、動作特性、交流耐壓試驗等，為了檢測該開關內部是否存在發生電弧故障的因素，還對該斷路器的開關進行SF6氣體成分測試。該間隔的斷路器型號為3AP1FG，廠家杭州SIEMENS，2010年投產運行的。

該局對該斷路器間隔的開關試驗結果如下：

1）開關絕緣電阻（連CT）

A相23.7G，B相16.9G，C相18.1G

2）開關動作特性（出產報告要求合閘65ms，分閘18ms）

A相：合閘60.3ms，分閘17.2ms

B相：合閘60.9ms，分閘17.2ms

C相：合閘59.6ms，分閘17.5ms

合閘同期：1.3ms 分閘同期：0.3ms

3）開關斷口交流耐壓試驗

80kV、1min，通過

4）開關SF6氣體成分測試

A相：SO2 4.14l/L，H2S 3.17l/L

B相：SO2 0l/L，H2S 0l/L

C相：SO2 0l/L，H2S 0l/L

電力設備預防性試驗規程規定，SO2 不大于3l/L，H2S不大于2 l/L，如今 A相開關SF6氣體成分測試已大于參考值，需要引起測試人員的關注。

5） 開關回路電阻（試驗規程建議測量值規定不大于制造廠規定值的120%）

采用蘇州翰東電氣有限公司生產的回路電阻測試儀3次重復測試數據見表4-7.

通過上述表格數據可以看出，該數據有以下特征：

（1）A相數值畸變大，高達一千多，遠高于正常電阻。

（2）三次測試的A相測試結果相差很大，極不穩定，數據重復性差。

（3）A相與其他兩相之間的測試值相差也很大。

（4）A相與以往測試值相比增加明顯。

通過測試數據也可以判斷出斷路器A相絕緣良好，開關動作特性符合規程要求，但是A相開關出現了SF6氣體成分超標及回路電阻過大的異常情況，于是在廠家的指導下進行解體分析，發現該斷路器存在以下特征：（1）A相觸頭有少量黑色粉末，觸頭表面存在毛刺、花毛等現象；（2）動觸頭有電弧燒灼的痕跡。

4 總結

高壓斷路器是電力系統中重要的電氣設備之一，它使用數量多、范圍廣，應用在電力系統的各種電壓等級中。因此，它是否具有優良的性能，直接影響到電力系統的穩定和安全運行，在經濟效益和社會效益方面具有非常重要的意義。

參考文獻

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