變電站斷路器的故障原因分析及解決方法

黨星飛 周小燕

國網榆林供電公司 陜西 榆林 719000

引言

對于變電站內部的電氣設備來講，由于其長時間處于工作狀態，因此不可避免地會出現部分問題，如果這些問題沒有得到及時有效解決，勢必會嚴重影響變電站的建設和發展，因而掌握科學合理的維修技術相當重要。在電力系統的持續發展過程中，斷路器中包含了電能的調節功能。電網的可靠性與安全性會直接影響到高壓斷路器的實際運行狀態[1]。

1 高壓斷路器常見故障

1.1 拒動

高壓斷路器拒動分為拒分、拒合兩種故障，拒分對電網威脅較大，會導致越級跳閘，導致系統癱瘓。拒動則是多方面因素造成的故障。

1.1.1 拒絕合閘可能性原因為。回路有電壓時線圈燒毀或斷線或鐵芯出現卡色，回路無電壓時熔絲熔斷，或輔助開關觸點接觸不良，或二次回路接觸不良；當鐵芯動作后操作杠桿未啟動。可能性原因為：運動過程受阻、合閘鎖扣入牽引桿過深、線圈端子電壓偏低、鐵芯撞桿導致變形；操作機構未釋放。可能性原因為：主體或操作機構被卡住、杠桿扭曲變形、牽引桿未出“死區”。

1.1.2 拒絕分閘可能性原因為。線圈端子帶電壓時鐵芯卡澀、線圈燒毀或部分斷線。線圈端子不帶電壓時熔絲熔斷或二次回路接觸不良；機構連板系統未動作。可能性原因為：本體或者部分機構嚴重卡澀。

1.2 誤動

斷路器中的電力系統的重要影響因素就在于斷路器的誤動作，導致出現自動合閘，此后又出現分閘，儲能后自動合閘等現象[2]。其異常表現和可能性分析如下：線圈儲能后合閘。可能性原因為：復歸彈簧變形致使四連桿為復位、合閘四連桿的受力過小、鎖扣支架支撐連接松動、電機電源未接及時切換；無分閘信號可自動分閘。可能性原因為：分閘線圈的動作電壓過低、繼電器觸點始終閉合、二次回路出現接地現象；分閘后又合閘。可能性原因為：分閘扣和操作機構未復位、鎖鉤表面變形嚴重致使鎖扣不穩定、操作機構復位后幅度過大。

1.3 絕緣

在高壓斷路器的總故障中，絕緣故障的頻率較高，分為內絕緣故障、外絕緣故障和瓷套閃絡故障[3]。外絕緣故障容易發現和處理，而斷路器內的異物容易引起故障，因此有必要進行有針對性的檢查。

1.4 載流

高壓斷路器的觸頭接觸不良會導致不同程度地觸頭過熱和載流。這種情況要求電力部門做好溝通，首先降低電網實際負荷，安裝新的斷路器觸頭[4]。新斷路器的接觸異常可能是由于安裝過程中斷路器動觸頭與靜觸頭錯位，造成接觸不良。

1.5 泄漏

泄漏是指放油閥關閉不嚴或密封不嚴造成的漏油。液壓油管路接頭泄漏會導致液壓機嚴重漏油。氣動執行機構在壓縮空氣管路連接處可能漏油，儲氣罐放水閥操作不當易導致氣動執行機構漏氣。

2 高壓斷路器故障診斷方法

在高壓斷路器運轉過程中所發出的振動信號是對設備當下運行情況的一個主要反映，當下如何高效捕捉到振動信號是開展故障診斷處理的一個關鍵環節，對振動信號所開展的分析處理是全面掌握設備有效特征的基礎條件。

2.1 時域分析法

此方法在1980年后才正式開始逐漸應用，對時域信號所產生的均值及標準差進行計算，以此構成一個對應的特征向量，并既定有兩種特征來對斷路器的狀態進行表征，但這種特征提取方式無法精準反映出局部故障的信息，因此在分析法中的優勢不足，在實際工程應用中缺乏相應的價值。而就動態時間規整法（DTW）來說，對其最早期的應用是在語音識別范疇，能有效地將各孤立點進行有序匹配以及識別[5]。按照斷路器所發出的正常信號中所帶有的獨立性，選出一組正常的振動信號作為參考的主要標準，將實際振動信號所產生的時間特征量與其進行比較分析，以此來確定其是否屬于正常運行狀態。但這種方法無法準確感知信號在整體強度上的變化，因此也有一定局限性。

2.2 頻域分析法

是轉換時域信號為頻域類型、再通過對正常信號以及測試信號頻譜所對應的各頻率分布與波動變化進行比較，進而根據頻譜中產生的突變量來對斷路器故障進行診斷，但因高壓斷路器的振動信號屬非線性信號且周期性并不夠明顯，因此就難以從頻域中找出相應明顯的突變量，還需開展更為深入的分析研究。

2.3 時頻分析法

這種方式是對時域及頻域兩種分辨率的綜合，能在斷路器操動機構振動信號的識別分析中有效適用。當下經驗模態分析法、小波分析及小波包分析等都是時頻分析法中的主要應用模型。經驗模態分解（EMD）適用在對非線性以及是非平穩信號的分解中，采取了自適應信號的分解算法[6]。EMD可按照信號自身屬性與特點來開展分解及重構原始信號，且EMD還可有效處理非平穩信號，然而EMD的算法還是有著不少劣勢，如端點效應、模態混疊等。因此，以優化后的集合經驗模態來分解振動信號，接著對分解后所得到的多組信號進行二維譜熵的計算，然后把構成特征向量放到標準的診斷模型里開展故障診斷工作。而小波變換主要是針對非平穩信號的分析處理，對振動信號進行分析后能得到一個根據頻率而進行改變的時頻窗口。

3 SF6斷路器特點

SF6氣體具有良好的絕緣性，同時其具有較為穩定的性狀不易液化，因此其被廣泛地應用于斷路器的制造中。SF6斷路器具有體積小、占地面積小、檢修周期長、允許多次分合閘、斷路器單元斷口分斷電流容量大、滅弧時間不長、耐壓高四大優點，與原廠油斷路器相比同一電壓等級，斷路器的絕緣柱數和斷口數較少，結構簡單。普通高壓油斷路器的檢修工藝復雜，與之相比，斷路器更省時省力。斷路器彈簧儲能機構維修方便，電池容量小，性能優于電磁或液壓機構（油斷路器）；油斷路器配有大功率開關電源，不改變其動作，容易發生故障泄壓、漏油等問題。

4 SF6斷路器故障處理

4.1 SF6斷路器故障監控

隨電力系統對電力設備要求的提升，電氣設備相關技術也在高速發展，現階段基于SF6氣體絕緣性原理所制造的斷路器已基本替代了傳統的油斷路器，并作為變電站中的重要電氣組件在電力分配和電路保護方面承擔著重要的作用[7]。相應地在針對斷路器進行監控的技術也隨著信息技術和電子技術的發展有了較為顯著的提升，現階段的針對SF6斷路器進行電力監控的系統其具有豐富的傳感器其配置，以及中央控制系統和數據分析系統。

4.2 SF6斷路器故障診斷

SF6斷路器故障診斷主要以SF6斷路器故障監控系統所采集回的數據信號作為主要的判斷依據，在中央控制系統將SF6斷路器所在電路的電力信號以及氣體密度等信號的數字量傳輸到數據分析系統時，數據分析系統將所采集到的數據信息與預先設定的理想范圍進行比對，當所采集的信息皆處于理想的閾值范圍內時，故障診斷系統將斷定SF6斷路器不存在故障隱患。對于超過設定范圍的狀態信息，故障診斷系統應當根據實際電路的中的電力信號數據以及SF6斷路器檢修人員在現場所觀測到的電力設備磨損情況進行綜合的考慮，同時結合從電路系統中所采集到的波形數據，利用計算機的數據分析能力進行故障的判斷。

5 變電站SF6斷路器檢修維護措施

5.1 檢修準備工作

檢修前應制定詳細的檢修計劃和程序，對參加檢修的技術人員進行培訓和考核，確保檢修過程有序高效。SF6斷路器是一種重要的變電設備。檢查前應切斷斷路器電源，回收裝置內SF6氣體向回收裝置和彈簧釋放裝置的能量，用真空泵抽出裝置內的空氣，然后向裝置內注入氮氣或穩定氣體，再次抽出殘余氣體，保證裝置內部的真空環境，并制備所需的清洗劑和吸附劑。

5.2 氣體檢漏

對氣體進行檢漏必須使用專用的檢漏儀，檢測氣體泄漏原因。如果發生氣體泄漏，工作人員不能待在該區域，需停留在泄漏點10m以外的地方，再次進入工作區域時需要等到泄漏停止。如果泄漏發生在內部，此時再進行工作時，需要穿戴防護工作服，而且必須使用防毒面具，才能進行工作。為了保證工作人員的安全，在進行SF6斷路器室內檢測時，室內空氣中的氧氣含量必須高于18%，進行室內通風。對斷路器的撿漏，要嚴格遵守產品說明書的要求，檢測儀器的探頭不宜長時間處于該環境里。當表針發生強烈報警時，說明檢測探頭接觸到了高濃度的六氟化硫氣體，而且此時表針為滿刻度。在工作時應該注意，避免將探頭處于六氟化硫氣體中，如果接觸應該立即將探槍移到潔凈區。

5.3 檢測含水量

斷路器對含水量和六氟化硫氣體的純度都有要求，在內部正常運行時會發生閃絡，產生多種六氟化硫分解物，氣體絕緣設備中也會滲入大量的水分（大氣中）。要保證沖入設備中的氣體必須合格，同時還需要保證氣室的干燥。根據電力設備檢修試驗規程，六氟化硫氣體濕度不得大于150μL/L，運行中六氟化硫氣體濕度不得大于300μL/L。設備中充有六氟化硫氣體的單元在進行安裝或檢修時，要從環境的粉塵度、濕度進行控制。而檢修完成后或設備運輸過程中，氣室內要避免潮氣進入，需要保持一定的六氟化硫氣體或氮氣正壓[8]。室內氣體的處理主要包括干燥和清理兩種方式，干燥工作的基礎是靠抽真空和注入高純度的N2進行處理，在處理時，必須要保證氣室干燥是合格的。通過對SF6斷路器壓力表的觀察，并結合六氟化硫氣體檢漏儀、微水含量測量儀進行六氟化硫氣體檢漏和水分測試，可以趁早發現漏氣現象和漏氣點，然后采取相關處理措施。

5.4 斷路器檢修

一般情形下數量眾多的數據信號是傳統故障診斷的判斷依據，但這種方式易受外界因素影響而出現偏差，采集環節也極其煩瑣，在對振動信號與電弧信號的采集就很容易受到其他因素的影響，這就會使對電力設備故障診斷的精確程度大大降低。要適應斷路器智能化的發展，對斷路器的故障檢測與排查也需通過狀態檢修的手段來進行檢查，在電力設備出現故障后再進行人工檢查。這樣的故障檢查方式極大程度地節約了人工成本與物力資源。狀態檢測需建立在構建一個完整的在線監控平臺基礎上，這樣就可通過智能診斷的方式彌補傳統斷路器的弊端。這種新型診斷方法主要通過信號處理提取信號的特征，再對這些特征進行相應的處理或通過神經網絡、模糊算法、粒子群算法進行故障檢測。通過智能算法可以改善信號處理，使斷路器故障的診斷更加準確。

6 結束語

綜上所述，變電站斷路器是電力系統重要組成單元，當斷路器出現故障時，會給電力系統運行可靠性及穩定性帶來嚴重威脅。變電站中SF6斷路器的檢修是保障變電站電力分配和電路保護能力的重要工作，其應當依據科學的方法來規范有序進行。而針對SF6斷路器的故障檢修，有待科研人員進一步改進和探索。只有做好變電站斷路器的維護和檢測工作，才能保證變電站系統穩定、正常工作，從而安全、穩定地供電。