500 kV断路器防拒动隐患排查分析

2021-06-15刘建寅储海军严鹏志封建宝黄烜城

电力安全技术 2021年5期

关键词：阿尔斯通不合格率断路器

刘建寅，储海军，严鹏志，封建宝，黄烜城，袁超

(江苏方天电力技术有限公司，江苏南京 211100)

0 引言

国家电网公司运维检修部(以下简称“国网运检部”)按照调度核算得出：三大直流满送运行期间，华东地区126座变电站、换流站，合计520台断路器拒动会导致两回及以上特高压直流同时发生换相失败，其中江苏省内42座变电站、换流站，合计182台。

为了确保断路器的正确动作，控制江苏省内的电网运行风险，需要开展断路器的防拒动专项隐患排查治理工作，主要工作为：对三年基准周期内未检修的500 kV及以上断路器针对性开展停电带保护传动，本体、操作回路、操作机构检查维护等项目。

1 检修周期内断路器运行状态变化统计

通过该次防拒动检查，基本摸清了省内三年基准周期未检修断路器运行状态发生变化的概率。182台断路器中，测试不合格台数合计7台，分别为动作电压不合格4台，机械特性不合格3台；机械特性参数在标准上限浮动而建议检修的7台。182台断路器中不良状态台数及占比见表1所示。

表1 182台断路器中不良状态台数及占比

省内三年基准周期内未检修断路器测试不合格总概率3.85 %。为实现在役断路器测试不合格率为“零”，需设立“经济”而又“必要”的检修时限，及时对在役断路器开展专项测试、调试，掌控断路器运行状态，从而使不合格率趋于“零”。由于缺少在役断路器检修记录，此年限尚待精确计算。

2 各厂、各型断路器运行状况比较

通过该次182台断路器防拒动隐患排查，可以得出江苏省内三年基准周期未检修条件下，各个厂家、各型断路器的运行状况变化的比较优势，比较不合格表现，如表2所示。由数据得出以下结论。

表2 防拒动排查中各厂、各型断路器试验不合格表现

(1) 江苏省内主要在役断路器以西门子、ABB、阿尔斯通三厂为主。阿尔斯通相较略少，如图1所示。

图1 江苏省内各厂家在役断路器数量分布

考虑到样本数量要求，以19台以上为有效样本，则满足要求的样本有西门子公司3AT2/3EI型断路器、3AP2FI型断路器、ABB公司HPL550(T)B2型断路器、阿尔斯通公司GL317X(D)型断路器，合计3个厂家、4种类型断路器。

(2) 在相同检修周期内，ABB公司弹簧断路器(HPL550型)试验不合格发生概率相对较高；阿尔斯通公司弹簧断路器(GL317X(D)型)建议检修率较高，与断路器生产批次及型号有较大关系。

试验中，存在断路器机械特性参数在厂家标准上限附近浮动的情况，且均为弹簧断路器，在排除现场干扰等因素后，怀疑断路器合分闸弹簧因长时间受压已产生蠕变，需重新调节合分闸弹簧压力，可恢复断路器性能。

由于现场停电时间有限及其他原因，未能立即安排延期停电检修，故向各业主单位建议在试验结束后申请专项停电时间，安排维保检修工作。该型断路器即为建议检修断路器。4种类型主役断路器建议检修情况如表3所示。

表3 4种类型主役断路器建议检修情况对比

将表2和表3中的4型种类主役断路器运行表现汇总于表4中，可以看出，在相同检修周期内，HPL550型断路器试验不合格率相对较高，GL317X(D)型断路器建议检修率最高。

表4 4种类型主役断路器的试验表现

阿尔斯通4台建议检修断路器中，2台在南京某变电站2005年生产、GL317XD型、带有合闸电阻；2台在苏州某变电站，2005年生产、GL317型，此外，该变电站此次测试中另外3台GL317型断路器机械特性参数也存在临近标准上限的趋势，情况相对略好，已建议对该变全部GL317断路器开展维保调试。

由于上述断路器均为2004—2005年生产，应与断路器生产批次及型号存在关系，并且均已投运12年以上，建议开展中期检修维保工作。

(3) 从表5数据可以看出，阿尔斯通公司生产的GL317X(D)型断路器机械特性参数标准范围相较其他公司更加宽松；相反，西门子公司500 kV断路器机械特性参数标准范围限定要求最严苛。

表5 4种类型主役断路器机械特性参数范围对照 ms

(4) 以公司产品对比，西门子公司断路器试验不合格率及建议检修率最低，分别为1.52 %和0。

表6 不同厂家断路器试验不合格率及建议检修率对照

该次防拒动检查中，西门子公司断路器测试不合格律及建议检修率最低。原因分析，3AT2/3型液压断路器产品设计成熟，微动压力接点可以实时闭环控制高压油路油压，维持油压稳定，不存在弹簧疲劳及蠕变问题，保证了断路器机械性能稳定；另外，江苏省电力公司正在大力开展断路器中期维保技改工作，部分断路器前期已进行过相应检修工作，整体性能得到一定恢复；3AP型断路器多为2008年后生产，正处于性能稳定期，故该次防拒动检查中发现缺陷概率相对较低。

(5) 阿尔斯通公司生产的FX-22(D)型液压断路器，试验不合格率高达66 %。FX-22(D)型液压断路器，三相6断口、各断口独立机构动作，在小样本情况下，即发生较多意外不合格事件。说明断路器一方面可能因为投运时间过长，需要开展深度大修工作；另一方面可能自身设计存在设计缺陷(发生氮气泄露时，如未能及时、正确地排气，会严重影响断路器机械特性)，故建议后期加强该型监控与维保。

3 断路器出现或即将出现参数不合格与在役年限上分析

由于弹簧型机构在实际运行时，合、分闸弹簧均保持屈服极限以下的额定应力状态，随着在役时间的延长，合、分闸弹簧逐渐产生蠕变，弹簧应力松弛，导致断路器机械特性或动作电压试验出现不合格现象。不合格现象与在再役年限关系如表7所示。液压型断路器随着在役年限延长，会出现内部密封件老化、液压油变质、渗漏、甚至油路堵塞等问题，均可导致断路器机械特性或动作电压出现不合格。故断路器机械特性、动作电压与在役年限存在直接相关性。从表7中可以看出以下结论。

表7 断路器出现或即将出现试验不合格与在役年限关系

(1) ABB公司2010年前后生产的HPL550型断路器稳定性偏低。主要病症表现为动作电压不符合标准，其中2台线圈动作电压低于标准下限、1台线圈动作电压高于标准上限。低于标准下限，可能造成在断路器二次回路感应电情况下，“误合”及“偷跳”；高于标准上限，则可能造成断路器在二次回路额定电压下“拒动”。

(2) FX-22D型断路器出现试验不合格率较大的原因之一，可以归结为在役年限已经较长。

(3) 弹簧断路器机械特性参数出现不合格现象年限约为12年，HPL550型则相对更短一些，建议为10年。

ABB公司HPL550型与阿尔斯通GL317，GL317XD型断路器，均为弹簧型断路器。由于断路器的分闸弹簧相较合闸弹簧更加细长，额定容量更小，发生蠕变现象更加明显。

故而弹簧断路器出现机械特性参数不合格时，往往表现为合闸时间缩短、速度增快，分闸时间延长、速度减慢现象。机械特性参数超标会严重影响断路器的电气性能。分闸速度过慢，可造成断口灭弧能力下降，电弧持续时间延长、拉弧、灭弧室喷口烧损等，极端情况可导致断路器半分半合、长时间燃弧、断路器爆炸等。

(4) LW10B-550/CYT型断路器还需加强质量标准检验。现场测试时发现断路器一侧断口的合闸电阻值为2 929 Ω，后经厂家人员维修处理后，合闸电阻值恢复为207 Ω。重新进行断路器机械特性测试及低电压动作试验后，验证各项数据均合格。

该型断路器服役4年即发生缺陷，说明其自身质量存有缺陷，应加强质量标准检验。