500kV交流變電站斷路器的運行故障及處理措施探討

郭家圳 鄭景元 唐楠

上海市電力公司超高壓分公司 上海 200063

引言

500kV交流變電站是電力系統中的重要組成部分，而斷路器是其中關鍵設備之一。斷路器的運行故障會導致電力系統的不穩定甚至停運，對電網運行和供電可靠性會造成嚴重影響。因此，了解和處理500kV交流變電站斷路器的運行故障是至關重要的。本文旨在為電力系統運行和維護人員提供有關500kV交流變電站斷路器運行故障及處理措施的全面指導，以便能夠及時有效地應對和解決問題。

1 500kV交流變電站斷路器結構及分類

500kV交流變電站斷路器是電力系統中重要的開關設備，用于控制和保護電力系統中的各種電路。它們具有多種結構和分類方式，下面將對其進行簡要介紹。

結構分類如下。

氣體斷路器：由絕緣罩、彈簧機構、氣體壓力機構和滅弧室等組成。氣體斷路器主要通過高壓氣體產生滅弧效應，將電弧迅速撲滅。

真空斷路器：由真空斷路器室、隔離室、驅動機構和擺動觸頭等組成。真空斷路器通過在斷路時建立和斷開真空環境來實現開合功能。

油浸斷路器：由主觸頭、固定和活動觸頭、油箱和絕緣油等組成。油浸斷路器利用絕緣油中的油封作用和油槽冷卻來阻斷電弧。

分類方式如下。

根據使用場所劃分：室內斷路器，安裝在變電站室內，適用于城市、工礦企業等環境；室外斷路器，安裝在開放場地外部，適用于農村、野外等環境，具有防護罩保護。

根據斷路能力劃分：高壓斷路器，額定電壓高于36kV的斷路器；超高壓斷路器，額定電壓高于1000kV的斷路器。

根據操作方式劃分：手動斷路器，需要手動操作來實現開合功能；電動斷路器，通過電動機驅動來實現開合功能；自動斷路器，通過自動裝置來感知和控制電力系統，實現開合功能[1]。

2 500kV交流變電站斷路器的原理概述

500kV交流變電站斷路器是用于控制和保護電力系統中高壓電路的關鍵設備。其主要原理是通過控制開關，實現對電路的閉合和斷開，以便隔離故障、切換電源、保護電網等功能。

一般來說，500kV交流變電站斷路器由機械部分和電氣部分組成。

機械部分主要包括斷路器的觸頭、觸頭運動機構、彈簧機構和驅動機構等。當斷路器處于閉合狀態時，觸頭通過觸頭運動機構與固定觸頭接觸，形成電路通路。而在斷開狀態時，斷路器通過驅動機構使觸頭迅速分離，實現電路斷開。

電氣部分主要包括電氣控制裝置和保護裝置等。電氣控制裝置用于控制斷路器的開合過程，通常采用控制電磁鐵或驅動電機等方式實現。保護裝置用于檢測電力系統中的故障信號，并根據不同的故障類型發出相應的信號，觸發斷路器的動作。

在實際運行中，斷路器的工作原理可分為兩種：手動操作和自動操作。手動操作通常由操作人員通過控制裝置手動進行斷路器的開合；而自動操作則是根據保護裝置的信號自動觸發斷路器的開合響應，以保護電力系統安全運行[2]。

3 500kV交流變電站斷路器運行故障的原因

3.1 GIS設備可能存在的故障

絕緣老化：由于長期使用或環境因素，GIS設備內部的絕緣材料會逐漸老化，導致絕緣性能下降，這可能導致局部放電、擊穿和絕緣子閃絡等故障。

導電粉塵和異物：在GIS設備的操作過程中，可能會有導電粉塵和其他異物進入設備內部，形成導電通道或造成短路，導致設備失效。

機械故障：GIS設備內部包含了許多機械部件，例如隔離開關、接地開關和傳動機構等。如果這些機械部件出現損壞、斷裂或卡阻現象，將導致設備無法正常運行。

溫度和濕度：GIS設備對溫度和濕度非常敏感，過高或過低的溫度、潮濕的環境都可能導致設備故障。例如，在低溫環境下，絕緣性能會下降，增加設備的擊穿風險。

操作失誤：人為的操作失誤也是導致GIS設備故障的原因之一。例如，錯誤的操作序列、過大的電流負荷或超過設備額定參數的操作都可能引發設備故障。

制造、設計缺陷：在制造和設計過程中可能存在一些缺陷，這些缺陷可能在設備工作一段時間后才會顯現出來，例如連接不良、電纜終端問題等。

外力作用：自然災害如地震、雷擊等，或外部因素如動物咬嚼、火災等都可能對GIS設備產生破壞性影響，導致設備的運行故障。

3.2 拒動方面存在的故障

電力系統故障：包括電壓過高或過低、頻率偏離標準范圍、短路故障等。這些故障可能會導致斷路器的正常運行受到干擾，跳閘或不能正常閉合。

斷路器機械部分故障：機械部分的故障可能包括觸頭卡住、彈簧失效、驅動機構損壞等。這些故障可能導致斷路器無法切換、閉合或斷開電路。

電氣控制系統故障：電氣控制系統包括控制裝置和保護裝置，其故障可能導致斷路器無法收到正確的觸發信號或失去對斷路器的控制。例如，控制電磁鐵故障、保護裝置誤動作等。

外部環境因素：外部因素如灰塵、濕氣、臟污等可能影響斷路器的正常運行，導致電氣接觸不良或絕緣性能下降。

斷路器老化和磨損：長期運行中，斷路器的觸頭、機構等部件可能會出現老化和磨損，導致工作不穩定或失效。

操作錯誤或人為因素：操作人員可能會操作錯誤、誤操作或維護不當，造成斷路器故障[3]。

3.3 誤動方面存在的故障

控制信號失效：控制信號傳輸中斷、變壓器或傳感器故障等，導致斷路器無法準確地接收到開合指令，從而造成誤動。

感應電壓或電流干擾：在高壓電力系統中，存在感應電壓或電流的干擾，如由于線路距離過近或過載情況引起的電磁感應，可能會導致斷路器錯誤地閉合或斷開。

操作人員誤操作：操作人員在操作過程中，由于疏忽、疲勞或不熟悉操作規程，可能會誤操作斷路器，導致誤動或誤組。

外界環境因素影響：變電站周圍的環境因素，如雷擊、電磁干擾、灰塵、高溫等，都有可能對斷路器的正常運行產生影響，引發誤動故障。

設備老化或損壞：斷路器設備本身存在磨損、老化、松動連接等問題，可能會導致其在運行過程中發生誤動。

供電異常：電力系統的電源異常，如電壓波動、頻率異常等，可能會導致斷路器接收到錯誤的供電信號，從而產生誤動。

3.4 絕緣方面存在的故障

絕緣子污穢：絕緣子表面積聚污物、塵埃、鹽分等會導致絕緣子的絕緣性能下降，從而引起斷路器的絕緣故障。

絕緣子機械損傷：風力、冰雪等外部因素可能導致絕緣子受到機械損傷，破壞其絕緣性能。

絕緣材料老化：長期運行下，絕緣材料可能會出現老化現象，導致絕緣性能衰退，增加斷路器絕緣故障的風險。

絕緣距離不足：絕緣距離是保證電氣設備安全運行的重要參數，如果絕緣距離設計不合理或過小，可能會導致絕緣擊穿，引起故障。

絕緣液異常：在某些情況下，500kV交流變電站斷路器使用絕緣液來提高絕緣性能。如果絕緣液質量不合格、污染或存在其他異常，會影響絕緣性能，導致斷路器運行故障[4]。

4 500kV交流變電站斷路器運行故障的處理措施

4.1 對設備進行定期的清理

清理外部環境：定期對斷路器及其周圍環境進行清理，清除積塵、臟污和雜物等。可以使用吸塵器、干凈的布、刷子等工具進行清理，確保斷路器的表面干凈。

清洗絕緣部件：絕緣部件的清洗十分關鍵，可使用適當的清洗劑和軟布擦拭絕緣部件，如斷路器的絕緣罩、觸頭等。注意使用對絕緣材料無損傷的清潔劑，并在清洗后徹底晾干。

檢查和緊固連接部件：定期檢查并緊固斷路器的連接部件，確保各螺栓、螺母等緊固件處于正常狀態。對于已經松動的連接部件，應及時進行調整或更換。

潤滑機械部分：定期對斷路器的機械部分進行潤滑處理，例如觸點、驅動機構等。要使用適當的潤滑劑進行涂抹，確保機械部分的運動靈活、摩擦小。

檢查和清理電氣控制系統：定期檢查電氣控制系統的接線、連接端子等，確保無松動、腐蝕等問題。同時，清理控制裝置和保護裝置的內部，避免灰塵、濕氣等影響其正常工作。

觸頭磨損檢查：定期檢查斷路器觸頭的磨損情況，如果發現有嚴重磨損或者變形，應及時更換觸頭。

4.2 提高設備的質量

嚴格質量控制：在生產過程中實施嚴格的質量管理控制，確保原材料的合規性，嚴格按照設計規范和標準進行生產和裝配，保證每一臺斷路器的質量符合要求。

強化檢測測試：在制造過程中，應進行必要的檢測測試，包括材料測試、外觀檢查、功能測試等。特別是對于關鍵部件，如彈簧機構、滅弧室、觸頭等進行全面的檢測和試驗，確保其性能和可靠性。

嚴格的供應商管理：與可靠穩定的供應商建立長期合作關系，對供應商進行定期評估和審核，確保其提供的材料和零部件符合質量要求，避免因供應商問題導致斷路器質量問題。

加強質量監督檢查：建立健全的質量監督體系，對制造過程進行全面的監督檢查，包括現場巡視、抽檢產品、檢驗記錄審查等，及時發現并糾正質量問題。

加強質量培訓：對制造過程中的每個環節的工作人員進行專業培訓，提高其對斷路器質量的認識和理解，確保工藝操作規范、標準化。

加強售后服務：建立完善的售后服務體系，及時響應用戶的需求和問題，并積極解決故障和質量問題，不斷改進產品性能和可靠性。

4.3 對設備的二次回路進行整改

檢查接線端子：定期檢查斷路器二次回路的接線端子，確保所有連接牢固可靠，無松動或腐蝕情況。如果發現有異常，應及時重新固定或更換端子。

檢查連接線路：檢查斷路器二次回路的連接線路，包括電纜、導線等，確保其絕緣外皮完好、無損傷和老化現象。如發現有問題，應及時更換。

校準保護裝置：定期對斷路器的保護裝置進行校準，確保其工作參數符合要求。校準過程中，應按照設備廠家提供的操作指南進行操作，確保校準的準確性和穩定性。

清潔絕緣部件：定期清潔斷路器二次回路中的絕緣部件，如絕緣罩、遮蓋板等。使用適當的清潔劑和軟布進行擦拭，去除污垢和灰塵，確保絕緣性能良好。

檢查測量儀器：對斷路器二次回路中的測量儀器，如電流互感器、電壓互感器等，進行定期檢查。檢查其接線是否正確，是否存在損壞或老化等情況。如有問題，應及時修復或更換。

防雷保護處理：針對交流變電站的特殊環境，應加強對斷路器二次回路的防雷保護措施。可以采用避雷針、接地網等設施，確保二次回路不受雷擊影響[5]。

5 結束語

500kV交流變電站斷路器是電力系統的重要設備，負責對電力線路進行開關操作，保障電力系統的安全運行。然而，由于工作環境惡劣、電流電壓大以及長時間運行等因素，斷路器可能會出現故障。在面對斷路器的運行故障時，應該采取科學有效的處理措施。500kV交流變電站斷路器的運行故障是一個重要的問題，解決方案需要綜合考慮多個因素。在遇到運行故障時，及時采取正確的處理措施至關重要。