变电站内SF6断路器性能特点及其运行维护

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(国网新疆电力公司昌吉供电公司，新疆维吾尔族自治区 昌吉 831100)

1 SF6断路器结构特征

1.1 SF6断路器本体结构

常见的高压断路器按灭弧介质划分，为油、少油、空气、真空、SF6断路器。其中，油断路器体积大，使用绝缘油作为灭弧介质，增加了操作中爆炸和火灾的危险性，安全性差，且检修、维护工作量大，原材料消耗大经济成本高，因此已逐渐被淘汰。空气、真空断路器灭弧性能相比SF6断路器灭弧性能差，遮断容量低，操作中易产生操作过电压。SF6断路器始用于20世纪50年代初，以其优异的绝缘和灭弧性能被广泛推广应用至今。

SF6断路器本体由开断元件、支持元件、操动机构、传动系统4个主要部分组成。其中：

(1)开断元件

主要部位为灭弧室，按灭弧能量的来源分自能式和外能式，按吹弧方向分横吹、纵吹两种。还包括导电触头：按功能分主触头、弧触头、控制触头和辅助触头，按触头所处位置分静触头、动触头、中间触头。

(2)支持元件

包括支撑构架底座、断路器外壳、支持瓷套；

(3)操作(动)机构

SF6断路器按其操作(动)机构划分，为电磁式、气动式、弹簧式、液压式。SF6断路器多使用弹簧或液压式操动机构，其中液压机构操作噪音小，动作平稳，但造价较高。液压式SF6断路器的控制和操作元件以及线路通常设于机构箱内，单相或三相断路器结构中通常下部装有一套液压机构动力元件，如液压工作缸等，灭弧室由液压工作缸直接操动。

(4)传动系统

主要包括机械传动和变直机构。 传动方式有：杠杆传动、四连杆传动、齿轮传动、链条轮及凸轮传动。其中将分合闸操作弧形运动变为动触杆的直线运动，有以下变直机构：有导向的变直机构，即摇杆机构；无导向的变直机构，即准确椭圆和近似椭圆机构；混合式变直机构。

1.2 SF6断路器整体结构

按整体结构划分，变电站中常用的SF6断路器主要为罐式结构和瓷柱式结构。

1.2.1罐式结构

罐式SF6断路器是断路器和电流互感器组合构成的复合电器，其外壳是金属材料，因此也被称为金属外壳式。以高压三相断路器为例，通常由三个可以独立操作的单极和一个汇控柜组成，每个断路器单极都配有各自的弹簧液压机构。罐式高压SF6断路器灭弧单元安装在与低电位相连的金属罐体内，罐体上部安装进出线套管，承接进出引线。整个断路器本体内充有一定压力的SF6气体，保证内部绝缘能力，使带电部位与罐体绝缘。罐式SF6断路器在进出线套管下部安装穿心式电流互感器，有时也可将罐式断路器、隔离开关、接地开关、避雷器和电压互感器进行组合集成安装，形成敞开式组合电器，可很大程度上减少设备区占地面积；重心低，抗震性能好，与GIS的抗震级别相当，现场安装相比GIS简单，不需要处理母线对接问题；可以用于高寒地区，但在罐体需外加伴热带，相比瓷柱式断路器对高寒恶劣气候适应性更强；价格低于GIS，但相比磁柱式断路器造价昂贵；其结构采用整体式，系列性较差。

图1 某变电站35kV罐式SF6断路器

1.2.2 瓷柱式结构

瓷柱式断路器是相对于罐式断路器而言的，其外壳多是绝缘陶瓷，因此也被称为绝缘外壳式断路器，断口用瓷柱支撑在最顶端，瓷柱既作绝缘用，也作支撑件用，且相对于罐式断路器造价更为经济。

(1)进出引线；(2)瓷套；(3)电流互感器；(3)金属罐外壳(内含灭弧单元)；(5)；(6)弹簧储能液压操动机构图2 某变电站220kV罐式 SF6断路器

瓷柱式高压SF6断路器灭弧单元装在灭弧瓷套内，使处于高电位的触头、导电部分和灭弧室与低电位绝缘，绝缘支柱瓷套安装在接地的支架上。整个本体内充一定压力的SF6气体，保证内部绝缘能力。灭弧室安装在支柱瓷套的上部，支柱瓷套下端的密封拉杆与操动机构相连，通过支柱瓷套下部的绝缘拉杆带动动触头和压气缸进行断路器的分、合闸机械操作。其电流互感器为独立式，通过引线与断路器连接。瓷柱式断路器结构简单，现场安装方便，成本低，但为增强断路器的对地绝缘能力有时会加高支柱瓷套，为增强断路器的断口绝缘水平，会在一台产品上串联几个灭弧单元以增加断口数，这样会使断路器的重心提高，使抗震性能降低，在地震多发区不适宜安装应用。其结构取积木式，系列性强，可用多个相同的单元灭弧室和支柱瓷套组成不同电压等级的断路器[1]。

(1)进出引线；(2)支柱绝缘子；(3)弹簧储能液压操动机构；(4)磁柱外壳(内含灭弧单元)；(5)支撑构架；(6)电流互感器图3 某变电站220kV磁柱式 SF6断路器

2 SF6断路器操作性能与日常运行维护

2.1 操作性能要求

(1)SF6断路器的遮断容量，应满足安装地点处母线最大短路电流要求。

(2)SF6断路器应具备高、低气压闭锁装置。SF6断路器的工作原理是当SF6断路器中SF6气体压力出现过高或过低，达到报警值，继电器随之动作并发出补气压力信号；当气体压力继续下降，达到闭锁值时，继电器再次动作并同时发出闭锁信号，使断路器的分合闸回路断开，以此实现低气压分合闸闭锁功能。

(3)运行中的SF6断路器各连接阀开闭正确，各压力指示正确，能够反映各气室压力值。低温天气发出SF6压力异常闭锁时，不应盲目进行补气，应参照SF6液化曲线判断SF6液化程度。当判断为SF6液化应立即汇报调度，采取禁止断路器跳闸的措施，杜绝因遮断容量不足造成断路器误动作。

(4)SF6断路器应能远方和就地操作，两者应有闭锁。就地操作的操作电源与分、合闸回路间应设有单相双极刀闸，与后备分、合闸回路间也应装设刀闸。断路器应配备就地指示分、合闸位置的红、绿灯[2-3]，且指示灯回路应正确。

(5)SF6断路器应设有两套相同而又各自独立的分闸装置，每一套分闸装置动作时，或两套装置同时动作时均应保证设备的机械特性。对配用电流互感器的断路器，互感器特性也应满足上述要求。

(6)SF6断路器应具有可靠的防止跳跃、防止非全相合闸和保证合、分时间满足相关要求的性能。

2.2 SF6断路器日常巡视

变电站值班员针对SF6断路器的日常巡视内容主要有以下几点：

(1)外观检查：SF6断路器绝缘瓷套有无裂纹或过度积灰；绝缘瓷套表面防污闪涂料无龟裂、起皮现象；支撑构架地基完好，无开裂、塌陷等情况；

(2)相关电源指示灯或状态指示器显示正确，可判断断路器分、合闸实际位置；

(3)接头引线处无断股、散股现象，线夹无裂纹、鼓包、开裂现象；

(4)SF6气体压力检查，读取压力表数据，尤其当冬季气温骤降时，需作为重点巡视项目；

(5)断路器储能正常；

(6)断路器金具连接点和引线接头处，接触良好，无过热发红现象。红外温度检测，可通过红外图谱判断绝缘瓷套、引线夹处有无局部发热现象，若存在异常发热，通过横向(不同相之间)与纵向(同相不同部位之间)温度梯度对比，判断缺陷严重性，及时上报相关人员及时采取措施处理等。

2.3 SF6断路器常见故障

2.3.1 SF6断路器漏气故障与气压误报警

SF6断路器漏气故障主要出现在：SF6气体密度计接入SF6气体压力表铜管连接头处漏气；接头阀门开关密封圈老化变形漏气；SF6气体连接管漏气；SF6断路器瓷式底座密封组件、聚四氟乙烯圈和橡胶由于密封圈边缘没有封好、在室外气候条件下密封退化严重漏气[4]。

夏季高温时，气体受热膨胀，运行中的断路器压力表易发生压力升高报警，冬季低温时，SF6气体冷缩，容易发生压力过低报警或闭锁。SF6气体气压报警时应参照环境温度，核对气体压力报警正确与否；冬季当出现低压报警时，应首先检查SF6气体密度开关，并校验SF6气体压力表压力表，压力表不准会引起压力误报警，其次再根据气压变化速率判断气室是否有漏气或需及时补气。

2.3.2 SF6断路器误动、拒动故障

若系统无短路或接地现象，继电保护未动作，断路器自动跳闸称断路器“误跳”。当断路器误跳时应立即查明原因：若因由于人员碰碰，误操作或机构受外力振动，保护盘受外力振动引起自动脱扣而“误跳”应不经汇报立即送电；若保护误动可能整定值不当或流变、压变回路故障引起的应查明原因后才能送电；二次回路直流系统发生两点接地(跳闸回路接地)引起应及时排除故障；对于并网或联络线断路器发生“误跳”时不能立即送电必须汇报调度听候处理。

断路器拒动即当保护装置或人为对断路器发出合闸、分闸指令时，断路器不动作，仍保持原运行状态，它将导致设备无法停送电或事故情况下不能切断故障电流，导致事故升级扩大，故危害较大。产生拒动的原因主要有：SF6气体压力不足、液压机构不正常或操作电气回路有异常。在确认SF6气体压力正常时，应检查操作电压是否正常，合闸线圈有无损坏，分闸继电器有无断线开路，检查辅助接点位置转换是否到位；如果闸阀内积污严重，导致断路器行动不畅，需进行闸阀的清洗及更换压力油。 目前国内SF6断路器多数采用液压操作机构，此种机构缺陷较多。

2.3.3 分相断路器三相不一致合闸

220kV电压等级电力系统中单相故障较多，通常配置分相断路器结构，单相故障可以单相跳闸并重合，不需检同期，重合成功率高，且对系统冲击较小，有利于提高供电可靠性。正常操作分、合闸时三相联动。

分相断路器非全相运行是三相机构分相操作中在进行合、跳闸过程中，由于某种原因造成一相或两相开关未合好或未跳开，致使定子三相电流严重不平衡的一种故障现象。长时间非全相运行很大的负序电流将损坏系统变压器定子线圈，严重时烧坏转子线圈。非全相运行为断路器电气运行的重点防止对象，针对分这类故障现象通常设置断路器三相不一致保护。

2.3.4 断路器偷跳

断路器偷跳：指断路器在没有操作、没有继电保护及安全自动装置动作的情况下的跳闸，可能由于机械无故动作，或二次控制回路老化断线、压接不良，或由其它电子干扰等原因，导致非人为控制或者非故障的跳闸，使运行中的处于合位的断路器跳开，切断正常运行的线路，导致的线路停电。

断路器偷跳，通常由于设备自身存在的缺陷，当产生偷跳行为后，线路继电保护装置应能正确判断非故障跳闸或人为手动跳闸，并迅速的启动断路器重合闸，使线路立即恢复供电，减少经济损失。

3 结语

变电站中SF6断路器在电力系统中承载着关断、开合电路的重要作用，且其造价较高，故需做好日常维护工作。影响SF6断路器安全运行的因素较多，控制好这些因素，以正确的方法进行巡视和维护工作，发现小问题及早采取措施，预防和避免其故障的发生，确保SF6断路器的安全稳定，进而保证电网全局稳定。