高壓斷路器工作原理及故障分析

王君 張亞平

摘要：高壓斷路器是電力系統運行的重要執行元件，也是具備故障判斷、故障檢修和參數測量頻次較多的一種重要電氣設備。在社會經濟的快速發展下，人們對供電質量提出了更高的要求。完善對電力設備的監測，確保斷路器的穩定運行已然成為相關電力工作者需要思考和解決的問題。但是從電力系統運行發展實際情況來看，電力系統高壓斷路器在運行的時候往往會出現一些故障問題，嚴重制約了電力系統的穩定運行。為此，該文結合高壓斷路器運行實際情況就怎樣科學處理高壓斷路器的應用故障進行策略分析。

關鍵詞：電網運行;高壓斷路器;工作原理;故障分析

1高壓斷路器的原理

斷路器用于在正常運行時接通或斷開電路，故障情況在繼電保護裝置的作用下迅速斷開電路，特殊情況（如自動重合到故障線路上時）下可靠地接通短路電流。高壓斷路器是電力系統穩定運行的重要控制設備，是在正常或故障情況下接通或斷開高壓電路的專用電器。在具體應用的過程中其擔負著穩定電流和及時發現和解決電力系統故障的職能作用，它不僅可以切斷與閉合高壓電路中空載電流與負荷電流，而且當系統在發生故障時可以通過繼電器的保護裝置。高壓真空斷路器處于合閘狀態的時候，它對地絕緣由支持絕緣子來承受，一旦真空斷路器所連接的線路發生永久接地故障，斷路器動作跳閘后，接地故障點又未被清除，則有電母線的對地絕緣亦要由該斷路器斷口的真空間隙承受;各種故障開斷時，斷口一對觸子間的真空絕緣間隙要耐受各種恢復電壓的作用而不發生擊穿。高壓斷路器的應用作用主要體現在2個方面。1）高壓斷路器的控制作用。高壓斷路器結合電力系統運行在需要會將所有的電氣設備以及部門線路投入或者退出運行。2）高壓斷路器的保護作用。在電力系統運行出現故障的時候，高壓斷路器會和保護裝置、自動裝置共同配合來將故障及時從系統中切除，從而減少損害，防止事故擴大。

2高壓斷路器的故障分析

2.1斷路器拒動故障

由于拒動后將會延長故障切除時間，除加重被控制設備的損壞程度外，極易擴大事故影響范圍，可能使單條回路故障擴散至整個母線，甚至導致全站停電、電網震蕩等，容易擴大為系統事故或大面積停電事故。

2.2操動機構缺陷

（1）氣動機構。此類機構在上世紀90年代至2010年期間應用廣泛，目前仍有大量老設備在運。此類機構往往因高壓氣體泄露導致頻繁打壓，甚至影響斷路器動作。（2）彈簧機構。對彈簧機構，其機械故障的主要原因常表現為彈簧卡澀不靈活，或鎖扣調整不當。此處卡澀，既可能源于裝配調整不當，也可能是因為維護不良所致。（3）液壓機構。斷路器液壓機構主要有液壓氮氣機構、液壓彈簧機構兩類，基本原理為利用液壓油泵為氮氣儲壓筒或彈簧儲能，利用此能量完成斷路器動作。此類機構由于可儲存較大的勢能，斷路器動作時可提供更快的動作速度，故而常用于超高壓、特高壓電網設備中。但由于液壓回路復雜、內部壓力大，常出現液壓油滲漏、壓力不能保持等故障。

2.3SF6氣體泄漏

SF6作為優良的絕緣氣體，近年來已取代絕緣油，成為斷路器領域最主要的絕緣和滅弧介質。然而，相較于絕緣油，氣體更易泄漏，且由于SF6無色、無味的特性，當其泄漏時隱蔽性較高，往往當發現時設備內壓力已出現明顯下降，影響斷路器絕緣及滅弧性能。

3斷路器故障的解決措施

3.1斷路器拒分、拒合故障的分析

首先，高壓斷路器遠方操作不能合間，這是斷路器常常出現的故障之一。斷路器電氣控制回路缺陷，常由輔助開關、微動開關故障造成。輔助開關的故障多數為切換不到位，或上次切換后接觸不良，造成拒動。微動開關則主要是指各類機構的聯鎖、保護開關。統計資料表明，微動開關故障約占斷路器電氣回路故障的50%左右。

3.2操動機構故障原因及解決措施

（1）氣動機構。氣動機構利用空氣壓縮機，將壓縮空氣儲存在儲壓筒中，以此帶動斷路器觸頭動作，此類機構常應用于LW13及LW23型斷路器。由于空氣儲壓筒中的壓縮空氣壓力超過30MPa，壓力較高的壓縮空氣易從空氣管路、逆止閥處泄漏。現場檢修時需要將設備停電后，釋放剩余高壓氣體后對漏點進行清潔、加固，或更換逆止閥。（2）彈簧機構。當彈簧機構螺釘銷釘未緊固，或防松結構有缺陷時，常出現連接部位松動、變位，導致斷路器動作可靠性下降、分合速度不達標。值得注意的是，當斷路器分合速度不達標時，可能導致滅弧室無法快速熄滅電弧，輕則嚴重燒損電觸頭，影響正常運行時的接觸電阻，重則使滅弧室迅速升溫，最終可能引起滅弧室爆炸。（3）液壓機構。液壓機構內油路復雜，一般可分為儲能模塊、控制模塊、油壓開關、郵箱四部分。各模塊間必須密封良好，無內、外滲漏。當液壓機構壓力不能保持，油泵啟動頻繁時，應先檢查儲能及控制模塊有無明顯外滲漏，若無，則需要停電后拆解液壓機構，檢查模塊間是否有內漏、密封圈是否完好、液壓油內是否有雜質等。再者，氣溫變化也容易造成液壓機構的故障。天冷時，各類雜質在液壓油內的溶解度降低，將導致更多雜質析出、阻塞油路或影響液壓油密封。

3.3SF6氣體嚴重漏氣處理

當SF6氣體年漏氣率大于1%時，則必須對該漏氣情況進行處理。應在設備停電后進行氣體回收、抽真空，拆解漏氣部分，更換吸附劑、密封圈，并重新涂抹專用密封膠。處理時，工作人員應站在上風口處，必要時戴防毒面具。室內SF6氣體泄漏時，還應開啟風機通風15min，并檢測室內SF6氣體含量少于1000μL/L，氧氣濃度不低于18%后人員方可進入室內。

4預防措施

4.1預防高壓斷路器拒動

定期對斷路器開展防拒動檢查，做好機構箱應有的通風和防潮措施;輔助開關應安裝牢固，防止因多次操作松動變位;分、合閘鐵芯應動作靈活，無卡澀現象，以防拒分或拒合。

4.2防止操作機構故障

各運行、維護單位應根據可能出現的系統最大運行方式及可能采用的各種運行方式，每年定期核算開關設備開斷的短路電流，并采取以下機構反事故措施：（1）保證機構箱內加熱器、溫控器、除濕器良好，使機構箱在潮濕季節或氣溫突變時保持干燥和恒溫。（2）經常注意監視機構壓力及油位，發現油位過低或滲漏油時應及時處理。（3）為保持液壓油的清潔，防止漏壓，在運行中每隔2年將油過濾一次。閥體解體檢修必須在室內，并用海綿控拭零部件。

4.3持續關注SF6氣體壓力

對斷路器除定期進行預防性試驗外，在季節交替時應增加檢查和試驗次數，及時發現因溫度變化導致的密封不良情況。除關注SF6壓力表示數外，應定期對設備進行紅外檢漏及超聲局放檢測，確保時刻掌握設備運行工況。

5結語

綜上所述，隨著社會經濟的快速發展下，電能已然成為國民經濟生產的重要能源之一，怎樣實現對電能的高效化利用成為相關人員需要思考和解決的問題。高壓斷路器是維護和管控電網安全運行的重要基礎性設備之一，高壓斷路器的存在對電網的正常運行起著十分重要的作用。為此，在新的歷史時期需要相關人員在工作中利用所學知識及時分析和掌握高壓斷路器的運行情況和故障類型、故障成因，并采取有效的措施來處理這些故障，旨在能夠為電網穩定運行和人們安全用電提供重要支持。

參考文獻

[1]王天罡.SF_6斷路器儲能異常的故障處理及分析[J].通信電源技術，2019，36（09）：109-110.

[2]楊次.220kV斷路器拒分故障原因分析及整改防范措施[J].電工技術，2019（15）：110-111+113.a