变电站运行中高压断路器常见故障及对策

2021-01-17王华剑国网陕西省电力公司检修公司候婷国网陕西省电力公司延安供电公司

环球市场 2021年17期

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在电力系统的持续发展过程中，断路器中包含了电能的调节功能。电网的可靠性与安全性会直接影响到高压断路器的实际运行状态。高压断路器在电网中主要起到隔断电流的作用，相当于控制开关，当保护装置正常动作时，断开高压断路器对电网进行保护，降低电网设备损坏风险。一旦高压断路器出现故障，不仅会造成非正常停电，而且会严重烧毁电力设备，不仅对我国电力经济造成重大影响，严重还会导致人身安全事故，对人们的正常生活造成很大的影响。针对高压断路器所面临的各种故障，进而研究分析得出相应的故障诊断方案，有着十分重要的实际与理论价值。

一、高压断路器常见故障

（一）拒动

高压断路器拒动分为拒分、拒合两种故障，拒分对电网威胁较大，会导致越级跳闸，导致系统瘫痪。拒动则是多方面因素造成的故障。

1.拒绝合闸

可能性原因为：回路有电压时线圈烧毁或断线或铁芯出现卡色，回路无电压时熔丝熔断、或辅助开关触点接触不良、或二次回路接触不良；当铁芯动作后操作杠杆未启动。可能性原因为：运动过程受阻、合闸锁扣扣入牵引杆过深、线圈端子电压偏低、铁芯撞杆导致变形；操作机构未释放。可能性原因为：主体或操作机构被卡住、杠杆扭曲变形、牵引杆未出“死区”。

2.拒绝分闸

可能性原因为：线圈端子带电压时铁芯卡涩、线圈烧毁或部分断线。线圈端子不带电压时熔丝熔断或二次回路接触不良；机构连板系统未动作。可能性原因为：本体或者部分机构严重卡涩。

（二）误动

断路器中的电力系统的重要影响因素就在于断路器的误动作，导致出现自动合闸，此后又出现分闸，储能后自动合闸等现象。其异常表现和可能性分析如下：线圈储能后合闸。可能性原因为：复归弹簧变形致使四连杆为复位、合闸四连杆的受力过小、锁扣支架支撑连接松动、电机电源未接及时切换；无分闸信号可自动分闸。可能性原因为：分闸线圈的动作电压过低、继电器触点始终闭合、二次回路出现接地现象；分闸后又合闸。可能性原因为：分闸扣和操作机构未复位、锁钩表面变形严重致使锁扣不稳定、操作机构复位后幅度过大。

（三）绝缘

在高压断路器的总故障中，绝缘故障的频率较高，分为内绝缘故障、外绝缘故障和瓷套闪络故障。外绝缘故障容易发现和处理，而断路器内的异物容易引起故障，因此有必要进行有针对性的检查。

（四）载流

高压断路器的触头接触不良会导致不同程度的触头过热和载流。这种情况要求电力部门做好沟通，首先降低电网实际负荷，安装新的断路器触头。新断路器的接触异常可能是由于安装过程中断路器动触头与静触头错位，造成接触不良。

（五）泄露

泄漏是指放油阀关闭不严或密封不严造成的漏油。液压油管路接头泄漏会导致液压机严重漏油。气动执行机构在压缩空气管路连接处可能漏油，储气罐放水阀操作不当易导致气动执行机构漏气。

二、高压断路器的故障诊断方法

在高压断路器运转过程中所发出的振动信号是对设备当下运行情况的一个主要反映，当下如何高效捕捉到振动信号是开展故障诊断处理的一个关键环节，对振动信号所开展的分析处理是全面掌握设备有效特征的基础条件。

时域分析法：在1980年后才正式开始逐渐应用，对时域信号所产生的均值及标准差进行计算，以此构成一个对应的特征向量，并既定有两种特征来对断路器的状态进行表征，但这种特征提取方式无法精准反映出局部故障的信息，因此在分析法中的优势不足，在实际工程应用中缺乏相应的价值。而就动态时间规整法（DTW）来说，对其最早期的应用是在语音识别范畴，能有效的将各孤立点进行有序匹配以及识别。按照断路器所发出的正常信号中所带有的独立性，选出一组正常的振动信号作为参考的主要标准，将实际振动信号所产生的时间特征量与其进行比较分析，以此来确定其是否属于正常运行状态。但这种方法无法准确感知信号在整体强度上的变化，因此也有一定局限性。

频域分析法：是转换时域信号为频域类型、再通过对正常信号以及测试信号频谱所对应的各频率分布与波动变化进行比较，进而根据频谱中产生的突变量来对断路器故障进行诊断，但因高压断路器的振动信号属非线性信号且周期性并不够明显，因此就难以从频域中找出相应明显的突变量，还需开展更为深入的分析研究。

时频分析法：这种方式是对时域及频域两种分辨率的综合，能在断路器操动机构振动信号的识别分析中有效适用。当下经验模态分析法、小波分析及小波包分析等都是时频分析法中的主要应用模型。经验模态分解（EMD）适用在对非线性以及是非平稳信号的分解中，采取了自适应信号的分解算法。EMD可按照信号自身属性与特点来开展分解及重构原始信号，且EMD还可有效处理非平稳信号，然而EMD的算法还是有着不少劣势，如端点效应、模态混叠等。因此，以优化后的集合经验模态来分解振动信号，接着对分解后所得到的多组信号进行二维谱熵的计算，然后把构成特征向量放到标准的诊断模型里开展故障诊断工作。而小波变换主要是针对非平稳信号的分析处理，对振动信号进行分析后能得到一个根据频率而进行改变的时频窗口。

三、高压断路器状态在线监测分析

（一）机械性能在线监测

高压断路器在分合闸过程中伴随着振动信号的产生，通过对不同状态的振动信号进行分析，可及时了解断路器的分合状态，对断路器的机构是否发生故障作出指示。为保障所采集振动信号的完整性，对振动传感器进行了精准的选择。本装置中选用的振动传感器采用低频传感器，内置一级微型IC放大器，可以对信号进行一级放大。考虑到变电站现场环境的复杂性，振动传感器安装在灭弧室和操动机构中间弹簧机构的缓冲器附近，同时为避免环境噪声的影响，振动传感器本身产生的干扰小、噪声低。

（二）灭弧室监测

1.气体密度

对气体进行监测必须使用专用的检漏仪，检测气体泄漏原因。如果发生气体泄漏，工作人员不能待在该区域，需停留在泄漏点10米以外的地方，再次进入工作区域时需要等到泄漏停止。如果泄露发生在内部，此时再进行工作时，需要穿戴防护工作服，而且必须使用防毒面具，才能进行工作。

为了保证工作人员的安全，在进行SF6断路器室内检测时，室内空气中的氧气含量必须高于18%，进行室内通风。对断路器的捡漏，要严格遵守产品说明书的要求，检测仪器的探头不宜长时间处该环境里。当表针发生强烈报警时，说明检测探头接触到了高浓度的六氟化硫气体，而且此时表针为满刻度。在工作时应该注意，避免将探头处于六氟化硫气体中，如果接触应该立即将探枪离开移到洁净区。

2.断路器微水含量监测

断路器对含水量和六氟化硫气体的纯度都有要求，在内部正常运行时会发生闪络，产生多种六氟化硫分解物，气体绝缘设备中也会渗入大量的水分（大气中）。设备内部闪络事故发生的情况一般是在气压较高的情况下，气体绝缘设备的绝缘强度因大气中的水分而下降。此时，一些活性杂质氢氟酸、二氧化硫等气体，会对各种构件产生腐蚀，分解具有毒性的物质，如果发生泄漏会威胁工作人员的健康。因此，要保证冲入设备中的气体必须合格，同时还需要保证气室的干燥。