500kV交流变电站断路器的运行故障及处理措施探讨

郭家圳 郑景元 唐楠

上海市电力公司超高压分公司 上海 200063

引言

500kV交流变电站是电力系统中的重要组成部分，而断路器是其中关键设备之一。断路器的运行故障会导致电力系统的不稳定甚至停运，对电网运行和供电可靠性会造成严重影响。因此，了解和处理500kV交流变电站断路器的运行故障是至关重要的。本文旨在为电力系统运行和维护人员提供有关500kV交流变电站断路器运行故障及处理措施的全面指导，以便能够及时有效地应对和解决问题。

1 500kV交流变电站断路器结构及分类

500kV交流变电站断路器是电力系统中重要的开关设备，用于控制和保护电力系统中的各种电路。它们具有多种结构和分类方式，下面将对其进行简要介绍。

结构分类如下。

气体断路器：由绝缘罩、弹簧机构、气体压力机构和灭弧室等组成。气体断路器主要通过高压气体产生灭弧效应，将电弧迅速扑灭。

真空断路器：由真空断路器室、隔离室、驱动机构和摆动触头等组成。真空断路器通过在断路时建立和断开真空环境来实现开合功能。

油浸断路器：由主触头、固定和活动触头、油箱和绝缘油等组成。油浸断路器利用绝缘油中的油封作用和油槽冷却来阻断电弧。

分类方式如下。

根据使用场所划分：室内断路器，安装在变电站室内，适用于城市、工矿企业等环境；室外断路器，安装在开放场地外部，适用于农村、野外等环境，具有防护罩保护。

根据断路能力划分：高压断路器，额定电压高于36kV的断路器；超高压断路器，额定电压高于1000kV的断路器。

根据操作方式划分：手动断路器，需要手动操作来实现开合功能；电动断路器，通过电动机驱动来实现开合功能；自动断路器，通过自动装置来感知和控制电力系统，实现开合功能[1]。

2 500kV交流变电站断路器的原理概述

500kV交流变电站断路器是用于控制和保护电力系统中高压电路的关键设备。其主要原理是通过控制开关，实现对电路的闭合和断开，以便隔离故障、切换电源、保护电网等功能。

一般来说，500kV交流变电站断路器由机械部分和电气部分组成。

机械部分主要包括断路器的触头、触头运动机构、弹簧机构和驱动机构等。当断路器处于闭合状态时，触头通过触头运动机构与固定触头接触，形成电路通路。而在断开状态时，断路器通过驱动机构使触头迅速分离，实现电路断开。

电气部分主要包括电气控制装置和保护装置等。电气控制装置用于控制断路器的开合过程，通常采用控制电磁铁或驱动电机等方式实现。保护装置用于检测电力系统中的故障信号，并根据不同的故障类型发出相应的信号，触发断路器的动作。

在实际运行中，断路器的工作原理可分为两种：手动操作和自动操作。手动操作通常由操作人员通过控制装置手动进行断路器的开合；而自动操作则是根据保护装置的信号自动触发断路器的开合响应，以保护电力系统安全运行[2]。

3 500kV交流变电站断路器运行故障的原因

3.1 GIS设备可能存在的故障

绝缘老化：由于长期使用或环境因素，GIS设备内部的绝缘材料会逐渐老化，导致绝缘性能下降，这可能导致局部放电、击穿和绝缘子闪络等故障。

导电粉尘和异物：在GIS设备的操作过程中，可能会有导电粉尘和其他异物进入设备内部，形成导电通道或造成短路，导致设备失效。

机械故障：GIS设备内部包含了许多机械部件，例如隔离开关、接地开关和传动机构等。如果这些机械部件出现损坏、断裂或卡阻现象，将导致设备无法正常运行。

温度和湿度：GIS设备对温度和湿度非常敏感，过高或过低的温度、潮湿的环境都可能导致设备故障。例如，在低温环境下，绝缘性能会下降，增加设备的击穿风险。

操作失误：人为的操作失误也是导致GIS设备故障的原因之一。例如，错误的操作序列、过大的电流负荷或超过设备额定参数的操作都可能引发设备故障。

制造、设计缺陷：在制造和设计过程中可能存在一些缺陷，这些缺陷可能在设备工作一段时间后才会显现出来，例如连接不良、电缆终端问题等。

外力作用：自然灾害如地震、雷击等，或外部因素如动物咬嚼、火灾等都可能对GIS设备产生破坏性影响，导致设备的运行故障。

3.2 拒动方面存在的故障

电力系统故障：包括电压过高或过低、频率偏离标准范围、短路故障等。这些故障可能会导致断路器的正常运行受到干扰，跳闸或不能正常闭合。

断路器机械部分故障：机械部分的故障可能包括触头卡住、弹簧失效、驱动机构损坏等。这些故障可能导致断路器无法切换、闭合或断开电路。

电气控制系统故障：电气控制系统包括控制装置和保护装置，其故障可能导致断路器无法收到正确的触发信号或失去对断路器的控制。例如，控制电磁铁故障、保护装置误动作等。

外部环境因素：外部因素如灰尘、湿气、脏污等可能影响断路器的正常运行，导致电气接触不良或绝缘性能下降。

断路器老化和磨损：长期运行中，断路器的触头、机构等部件可能会出现老化和磨损，导致工作不稳定或失效。

操作错误或人为因素：操作人员可能会操作错误、误操作或维护不当，造成断路器故障[3]。

3.3 误动方面存在的故障

控制信号失效：控制信号传输中断、变压器或传感器故障等，导致断路器无法准确地接收到开合指令，从而造成误动。

感应电压或电流干扰：在高压电力系统中，存在感应电压或电流的干扰，如由于线路距离过近或过载情况引起的电磁感应，可能会导致断路器错误地闭合或断开。

操作人员误操作：操作人员在操作过程中，由于疏忽、疲劳或不熟悉操作规程，可能会误操作断路器，导致误动或误组。

外界环境因素影响：变电站周围的环境因素，如雷击、电磁干扰、灰尘、高温等，都有可能对断路器的正常运行产生影响，引发误动故障。

设备老化或损坏：断路器设备本身存在磨损、老化、松动连接等问题，可能会导致其在运行过程中发生误动。

供电异常：电力系统的电源异常，如电压波动、频率异常等，可能会导致断路器接收到错误的供电信号，从而产生误动。

3.4 绝缘方面存在的故障

绝缘子污秽：绝缘子表面积聚污物、尘埃、盐分等会导致绝缘子的绝缘性能下降，从而引起断路器的绝缘故障。

绝缘子机械损伤：风力、冰雪等外部因素可能导致绝缘子受到机械损伤，破坏其绝缘性能。

绝缘材料老化：长期运行下，绝缘材料可能会出现老化现象，导致绝缘性能衰退，增加断路器绝缘故障的风险。

绝缘距离不足：绝缘距离是保证电气设备安全运行的重要参数，如果绝缘距离设计不合理或过小，可能会导致绝缘击穿，引起故障。

绝缘液异常：在某些情况下，500kV交流变电站断路器使用绝缘液来提高绝缘性能。如果绝缘液质量不合格、污染或存在其他异常，会影响绝缘性能，导致断路器运行故障[4]。

4 500kV交流变电站断路器运行故障的处理措施

4.1 对设备进行定期的清理

清理外部环境：定期对断路器及其周围环境进行清理，清除积尘、脏污和杂物等。可以使用吸尘器、干净的布、刷子等工具进行清理，确保断路器的表面干净。

清洗绝缘部件：绝缘部件的清洗十分关键，可使用适当的清洗剂和软布擦拭绝缘部件，如断路器的绝缘罩、触头等。注意使用对绝缘材料无损伤的清洁剂，并在清洗后彻底晾干。

检查和紧固连接部件：定期检查并紧固断路器的连接部件，确保各螺栓、螺母等紧固件处于正常状态。对于已经松动的连接部件，应及时进行调整或更换。

润滑机械部分：定期对断路器的机械部分进行润滑处理，例如触点、驱动机构等。要使用适当的润滑剂进行涂抹，确保机械部分的运动灵活、摩擦小。

检查和清理电气控制系统：定期检查电气控制系统的接线、连接端子等，确保无松动、腐蚀等问题。同时，清理控制装置和保护装置的内部，避免灰尘、湿气等影响其正常工作。

触头磨损检查：定期检查断路器触头的磨损情况，如果发现有严重磨损或者变形，应及时更换触头。

4.2 提高设备的质量

严格质量控制：在生产过程中实施严格的质量管理控制，确保原材料的合规性，严格按照设计规范和标准进行生产和装配，保证每一台断路器的质量符合要求。

强化检测测试：在制造过程中，应进行必要的检测测试，包括材料测试、外观检查、功能测试等。特别是对于关键部件，如弹簧机构、灭弧室、触头等进行全面的检测和试验，确保其性能和可靠性。

严格的供应商管理：与可靠稳定的供应商建立长期合作关系，对供应商进行定期评估和审核，确保其提供的材料和零部件符合质量要求，避免因供应商问题导致断路器质量问题。

加强质量监督检查：建立健全的质量监督体系，对制造过程进行全面的监督检查，包括现场巡视、抽检产品、检验记录审查等，及时发现并纠正质量问题。

加强质量培训：对制造过程中的每个环节的工作人员进行专业培训，提高其对断路器质量的认识和理解，确保工艺操作规范、标准化。

加强售后服务：建立完善的售后服务体系，及时响应用户的需求和问题，并积极解决故障和质量问题，不断改进产品性能和可靠性。

4.3 对设备的二次回路进行整改

检查接线端子：定期检查断路器二次回路的接线端子，确保所有连接牢固可靠，无松动或腐蚀情况。如果发现有异常，应及时重新固定或更换端子。

检查连接线路：检查断路器二次回路的连接线路，包括电缆、导线等，确保其绝缘外皮完好、无损伤和老化现象。如发现有问题，应及时更换。

校准保护装置：定期对断路器的保护装置进行校准，确保其工作参数符合要求。校准过程中，应按照设备厂家提供的操作指南进行操作，确保校准的准确性和稳定性。

清洁绝缘部件：定期清洁断路器二次回路中的绝缘部件，如绝缘罩、遮盖板等。使用适当的清洁剂和软布进行擦拭，去除污垢和灰尘，确保绝缘性能良好。

检查测量仪器：对断路器二次回路中的测量仪器，如电流互感器、电压互感器等，进行定期检查。检查其接线是否正确，是否存在损坏或老化等情况。如有问题，应及时修复或更换。

防雷保护处理：针对交流变电站的特殊环境，应加强对断路器二次回路的防雷保护措施。可以采用避雷针、接地网等设施，确保二次回路不受雷击影响[5]。

5 结束语

500kV交流变电站断路器是电力系统的重要设备，负责对电力线路进行开关操作，保障电力系统的安全运行。然而，由于工作环境恶劣、电流电压大以及长时间运行等因素，断路器可能会出现故障。在面对断路器的运行故障时，应该采取科学有效的处理措施。500kV交流变电站断路器的运行故障是一个重要的问题，解决方案需要综合考虑多个因素。在遇到运行故障时，及时采取正确的处理措施至关重要。