500 kV斷路器防拒動(dòng)隱患排查分析

劉建寅，儲(chǔ)海軍，嚴(yán)鵬志，封建寶，黃烜城，袁 超

(江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇 南京 211100)

0 引言

國(guó)家電網(wǎng)公司運(yùn)維檢修部(以下簡(jiǎn)稱“國(guó)網(wǎng)運(yùn)檢部”)按照調(diào)度核算得出：三大直流滿送運(yùn)行期間，華東地區(qū)126座變電站、換流站，合計(jì)520臺(tái)斷路器拒動(dòng)會(huì)導(dǎo)致兩回及以上特高壓直流同時(shí)發(fā)生換相失敗，其中江蘇省內(nèi)42座變電站、換流站，合計(jì)182臺(tái)。

為了確保斷路器的正確動(dòng)作，控制江蘇省內(nèi)的電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，需要開展斷路器的防拒動(dòng)專項(xiàng)隱患排查治理工作，主要工作為：對(duì)三年基準(zhǔn)周期內(nèi)未檢修的500 kV及以上斷路器針對(duì)性開展停電帶保護(hù)傳動(dòng)，本體、操作回路、操作機(jī)構(gòu)檢查維護(hù)等項(xiàng)目。

1 檢修周期內(nèi)斷路器運(yùn)行狀態(tài)變化統(tǒng)計(jì)

通過該次防拒動(dòng)檢查，基本摸清了省內(nèi)三年基準(zhǔn)周期未檢修斷路器運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化的概率。182臺(tái)斷路器中，測(cè)試不合格臺(tái)數(shù)合計(jì)7臺(tái)，分別為動(dòng)作電壓不合格4臺(tái)，機(jī)械特性不合格3臺(tái)；機(jī)械特性參數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)上限浮動(dòng)而建議檢修的7臺(tái)。182臺(tái)斷路器中不良狀態(tài)臺(tái)數(shù)及占比見表1所示。

表1 182臺(tái)斷路器中不良狀態(tài)臺(tái)數(shù)及占比

省內(nèi)三年基準(zhǔn)周期內(nèi)未檢修斷路器測(cè)試不合格總概率3.85 %。為實(shí)現(xiàn)在役斷路器測(cè)試不合格率為“零”，需設(shè)立“經(jīng)濟(jì)”而又“必要”的檢修時(shí)限，及時(shí)對(duì)在役斷路器開展專項(xiàng)測(cè)試、調(diào)試，掌控?cái)嗦菲鬟\(yùn)行狀態(tài)，從而使不合格率趨于“零”。由于缺少在役斷路器檢修記錄，此年限尚待精確計(jì)算。

2 各廠、各型斷路器運(yùn)行狀況比較

通過該次182臺(tái)斷路器防拒動(dòng)隱患排查，可以得出江蘇省內(nèi)三年基準(zhǔn)周期未檢修條件下，各個(gè)廠家、各型斷路器的運(yùn)行狀況變化的比較優(yōu)勢(shì)，比較不合格表現(xiàn)，如表2所示。由數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論。

表2 防拒動(dòng)排查中各廠、各型斷路器試驗(yàn)不合格表現(xiàn)

(1) 江蘇省內(nèi)主要在役斷路器以西門子、ABB、阿爾斯通三廠為主。阿爾斯通相較略少，如圖1所示。

圖1 江蘇省內(nèi)各廠家在役斷路器數(shù)量分布

考慮到樣本數(shù)量要求，以19臺(tái)以上為有效樣本，則滿足要求的樣本有西門子公司3AT2/3EI型斷路器、3AP2FI型斷路器、ABB公司HPL550(T)B2型斷路器、阿爾斯通公司GL317X(D)型斷路器，合計(jì)3個(gè)廠家、4種類型斷路器。

(2) 在相同檢修周期內(nèi)，ABB公司彈簧斷路器(HPL550型)試驗(yàn)不合格發(fā)生概率相對(duì)較高；阿爾斯通公司彈簧斷路器(GL317X(D)型)建議檢修率較高，與斷路器生產(chǎn)批次及型號(hào)有較大關(guān)系。

試驗(yàn)中，存在斷路器機(jī)械特性參數(shù)在廠家標(biāo)準(zhǔn)上限附近浮動(dòng)的情況，且均為彈簧斷路器，在排除現(xiàn)場(chǎng)干擾等因素后，懷疑斷路器合分閘彈簧因長(zhǎng)時(shí)間受壓已產(chǎn)生蠕變，需重新調(diào)節(jié)合分閘彈簧壓力，可恢復(fù)斷路器性能。

由于現(xiàn)場(chǎng)停電時(shí)間有限及其他原因，未能立即安排延期停電檢修，故向各業(yè)主單位建議在試驗(yàn)結(jié)束后申請(qǐng)專項(xiàng)停電時(shí)間，安排維保檢修工作。該型斷路器即為建議檢修斷路器。4種類型主役斷路器建議檢修情況如表3所示。

表3 4種類型主役斷路器建議檢修情況對(duì)比

將表2和表3中的4型種類主役斷路器運(yùn)行表現(xiàn)匯總于表4中，可以看出，在相同檢修周期內(nèi)，HPL550型斷路器試驗(yàn)不合格率相對(duì)較高，GL317X(D)型斷路器建議檢修率最高。

表4 4種類型主役斷路器的試驗(yàn)表現(xiàn)

阿爾斯通4臺(tái)建議檢修斷路器中，2臺(tái)在南京某變電站2005年生產(chǎn)、GL317XD型、帶有合閘電阻；2臺(tái)在蘇州某變電站，2005年生產(chǎn)、GL317型，此外，該變電站此次測(cè)試中另外3臺(tái)GL317型斷路器機(jī)械特性參數(shù)也存在臨近標(biāo)準(zhǔn)上限的趨勢(shì)，情況相對(duì)略好，已建議對(duì)該變?nèi)縂L317斷路器開展維保調(diào)試。

由于上述斷路器均為2004—2005年生產(chǎn)，應(yīng)與斷路器生產(chǎn)批次及型號(hào)存在關(guān)系，并且均已投運(yùn)12年以上，建議開展中期檢修維保工作。

(3) 從表5數(shù)據(jù)可以看出，阿爾斯通公司生產(chǎn)的GL317X(D)型斷路器機(jī)械特性參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)范圍相較其他公司更加寬松；相反，西門子公司500 kV斷路器機(jī)械特性參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)范圍限定要求最嚴(yán)苛。

表5 4種類型主役斷路器機(jī)械特性參數(shù)范圍對(duì)照 ms

(4) 以公司產(chǎn)品對(duì)比，西門子公司斷路器試驗(yàn)不合格率及建議檢修率最低，分別為1.52 %和0。

表6 不同廠家斷路器試驗(yàn)不合格率及建議檢修率對(duì)照

該次防拒動(dòng)檢查中，西門子公司斷路器測(cè)試不合格律及建議檢修率最低。原因分析，3AT2/3型液壓斷路器產(chǎn)品設(shè)計(jì)成熟，微動(dòng)壓力接點(diǎn)可以實(shí)時(shí)閉環(huán)控制高壓油路油壓，維持油壓穩(wěn)定，不存在彈簧疲勞及蠕變問題，保證了斷路器機(jī)械性能穩(wěn)定；另外，江蘇省電力公司正在大力開展斷路器中期維保技改工作，部分?jǐn)嗦菲髑捌谝堰M(jìn)行過相應(yīng)檢修工作，整體性能得到一定恢復(fù)；3AP型斷路器多為2008年后生產(chǎn)，正處于性能穩(wěn)定期，故該次防拒動(dòng)檢查中發(fā)現(xiàn)缺陷概率相對(duì)較低。

(5) 阿爾斯通公司生產(chǎn)的FX-22(D)型液壓斷路器，試驗(yàn)不合格率高達(dá)66 %。FX-22(D)型液壓斷路器，三相6斷口、各斷口獨(dú)立機(jī)構(gòu)動(dòng)作，在小樣本情況下，即發(fā)生較多意外不合格事件。說明斷路器一方面可能因?yàn)橥哆\(yùn)時(shí)間過長(zhǎng)，需要開展深度大修工作；另一方面可能自身設(shè)計(jì)存在設(shè)計(jì)缺陷(發(fā)生氮?dú)庑孤稌r(shí)，如未能及時(shí)、正確地排氣，會(huì)嚴(yán)重影響斷路器機(jī)械特性)，故建議后期加強(qiáng)該型監(jiān)控與維保。

3 斷路器出現(xiàn)或即將出現(xiàn)參數(shù)不合格與在役 年限上分析

由于彈簧型機(jī)構(gòu)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，合、分閘彈簧均保持屈服極限以下的額定應(yīng)力狀態(tài)，隨著在役時(shí)間的延長(zhǎng)，合、分閘彈簧逐漸產(chǎn)生蠕變，彈簧應(yīng)力松弛，導(dǎo)致斷路器機(jī)械特性或動(dòng)作電壓試驗(yàn)出現(xiàn)不合格現(xiàn)象。不合格現(xiàn)象與在再役年限關(guān)系如表7所示。液壓型斷路器隨著在役年限延長(zhǎng)，會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部密封件老化、液壓油變質(zhì)、滲漏、甚至油路堵塞等問題，均可導(dǎo)致斷路器機(jī)械特性或動(dòng)作電壓出現(xiàn)不合格。故斷路器機(jī)械特性、動(dòng)作電壓與在役年限存在直接相關(guān)性。從表7中可以看出以下結(jié)論。

表7 斷路器出現(xiàn)或即將出現(xiàn)試驗(yàn)不合格與在役年限關(guān)系

(1) ABB公司2010年前后生產(chǎn)的HPL550型斷路器穩(wěn)定性偏低。主要病癥表現(xiàn)為動(dòng)作電壓不符合標(biāo)準(zhǔn)，其中2臺(tái)線圈動(dòng)作電壓低于標(biāo)準(zhǔn)下限、1臺(tái)線圈動(dòng)作電壓高于標(biāo)準(zhǔn)上限。低于標(biāo)準(zhǔn)下限，可能造成在斷路器二次回路感應(yīng)電情況下，“誤合”及“偷跳”；高于標(biāo)準(zhǔn)上限，則可能造成斷路器在二次回路額定電壓下“拒動(dòng)”。

(2) FX-22D型斷路器出現(xiàn)試驗(yàn)不合格率較大的原因之一，可以歸結(jié)為在役年限已經(jīng)較長(zhǎng)。

(3) 彈簧斷路器機(jī)械特性參數(shù)出現(xiàn)不合格現(xiàn)象年限約為12年，HPL550型則相對(duì)更短一些，建議為10年。

ABB公司HPL550型與阿爾斯通GL317，GL317XD型斷路器，均為彈簧型斷路器。由于斷路器的分閘彈簧相較合閘彈簧更加細(xì)長(zhǎng)，額定容量更小，發(fā)生蠕變現(xiàn)象更加明顯。

故而彈簧斷路器出現(xiàn)機(jī)械特性參數(shù)不合格時(shí)，往往表現(xiàn)為合閘時(shí)間縮短、速度增快，分閘時(shí)間延長(zhǎng)、速度減慢現(xiàn)象。機(jī)械特性參數(shù)超標(biāo)會(huì)嚴(yán)重影響斷路器的電氣性能。分閘速度過慢，可造成斷口滅弧能力下降，電弧持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)、拉弧、滅弧室噴口燒損等，極端情況可導(dǎo)致斷路器半分半合、長(zhǎng)時(shí)間燃弧、斷路器爆炸等。

(4) LW10B-550/CYT型斷路器還需加強(qiáng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)斷路器一側(cè)斷口的合閘電阻值為2 929 Ω，后經(jīng)廠家人員維修處理后，合閘電阻值恢復(fù)為207 Ω。重新進(jìn)行斷路器機(jī)械特性測(cè)試及低電壓動(dòng)作試驗(yàn)后，驗(yàn)證各項(xiàng)數(shù)據(jù)均合格。

該型斷路器服役4年即發(fā)生缺陷，說明其自身質(zhì)量存有缺陷，應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)。

4 結(jié)論

對(duì)江蘇省內(nèi)500 kV斷路器防拒動(dòng)專項(xiàng)隱患排查工作中機(jī)械特性測(cè)試部分進(jìn)行了詳細(xì)分析，對(duì)今后針對(duì)性開展斷路器中期維保調(diào)試，及斷路器新增選型等具有參考意義。

(1) 在相同檢修周期內(nèi)，ABB公司彈簧斷路器（HPL550型)試驗(yàn)不合格發(fā)生概率相對(duì)較高；阿爾斯通公司彈簧斷路器(GL317X(D)型)建議檢修率較高；西門子公司斷路器試驗(yàn)不合格率及建議檢修率最低。

(2) 阿爾斯通公司生產(chǎn)的FX-22(D)型液壓斷路器，試驗(yàn)不合格率高達(dá)66 %，原因之一可以歸結(jié)為在役年限已經(jīng)較長(zhǎng)。

(3) 彈簧斷路器機(jī)械特性參數(shù)出現(xiàn)不合格現(xiàn)象年限約為12年，HPL550型相對(duì)更短一些，建議為10年。