林彦君

（国网福建省电力有限公司检修分公司）

500kV交流变电站断路器的运行情况及故障原因分析

林彦君

（国网福建省电力有限公司检修分公司）

断路器作为在500kV交流变电站的运维过程中的主要控制以及保护构建，加强其稳定性以及可靠性运行对变电站的正常运转是十分重要的。本文简要概述了在500kV交流变电站中的基础断路器操作机构特点，分析了断路器发生机械故障以及闪络故障的原因，以期为业内人士进行断路器的设计安装运维工作提供借鉴参考。

500kV交流变电；断路器；情况；故障

伴随着超高电网的时代化发展，500kV交流变电站建设数量明显增多。与220kV交流变电站不同，500kV交流变电站的电网设置工作更为复杂，而在实际的工作过程中，经常发生由于断路器故障问题而造成的变电站停运情况发生。因此，更好的完善断路器故障的查找分析工作，促进断路故障的有效预防修复，对电力产业的健康发展有着十分重要的作用。

1 500kV交流变电站断路器的操动机构

在常规的126-500kV的交流变电站中，所使用的断路器为压气式灭弧室高压六氟化硫断路器[1]。因此，其主要的操动机构形式分为三种，具体特点如下：

1.1 弹簧操动

此种操动结构的构造简单，整体断路器的制造工艺中等，且断路器的体积小、对周遭环境的污染小，具有高度的适应性，稳定性。但在出力性以及负载性能上较差，且此类断路器对反力十分敏感，整体的输出功率不高，因此运用大输出的弹簧机构时，会造成较大的振动以及冲击，建设成本也会更高。

1.2 气动操动

在气动操作的断路器中，利用气动分闸、弹簧合闸。其储能以及传动的介质为压缩空气，以压缩空气作为介质的好处就在于其惯性较小，且断路器的反应动作会更快更灵敏，环境变化对断路器的机械动作影响小，机械作用的输出功率大[2]。但此种操动机构的结构更为复杂，对制造处理的工艺要求较高，噪声污染较大，对空气气源要求高。其负载以及出力性能良好，能够与断路器形成良好的接触，且不会发生反力敏感。

1.3 液压操动

以氮气或者是碟簧作为操动机构的储能介质，传动介质为液压油，这种形式的操动介质更易获得的高压力，其反应灵敏动作快，不需进行运维，整体机构的输出功高，噪声污染小，具稳定性。能与断路器形成良好的负载及出力，不发生反力敏感作用。但制造复杂、受环境影响，对制造用材要求高。

2 断路器机械故障的原因分析

在多年的实际工作中，通过统计可知，在电路运行过程中，发生断路器故障情况时，有75～80%的故障情况是由于高压断路器的控制回路以及操动故障所造成的[3]。而在进行操动部分的故障修理时，则需要依靠几种技术对故障问题进行分析判断。

（1）对合分线圈进行电流波形的检测，由于在合分线圈的电流波形中，具备有多种不同的操作系统数据信息，其中包含线圈接通是否正常，铁心部位是否出现卡涩情况等，若出现报警情况，则表示在断电器的操动机构产生了问题。

（2）对合分线圈进行回路断路的检测，若在线圈部位出现断路则会出现报警现象。

（3）对断路器的全时段行程进行监控，发生过冲以及过限情况时，将发出警报，提示故障的发生。

（4）对操动机构的合分速度进行监测，对过限情况进行报警，在振动波形中若发生异常的速度信息、弹跳信息，则需报警，避免故障的发生。

（5）发生异常的机械振动，若关键部位的机械构建发生非常规的振动信号，则需继续拧报警[4]。在高压交流变电站中的断路器合分过程中，其机械的振动具有复杂的振动波形，整体的波形往往是由多个不同类型的子波综合形成的，因此针对性的对每一个子波进行分析，可以将特定子波所对应的事件、时间、地点表现出来，同时获取机械操作部分的信息，同观判断振型波动的情况，判断出机械传统系统是否出现故障以及隐形故障。在进行波形的分析时主要采用的是形状比较、统计处理、波形分析等方法，为确保分析的准确性，振动传感器的安装位置需要精确布置。

（6）在使用弹簧机构的断路器中，进行故障的分析时，需要查看弹簧的刚度以及压缩状态，确定其传动以及锁扣的正常，保证电动机在正确的时间范围内运转，从而确定机构是否具有故障问题。

（7）检测控制回路的运行状态。进行控制回路的监测能够有效的发现由于断路器中出现的辅助开关基础不良等情况，引起的拒分以及拒合的故障情况。

（8）分析操作机构的储能状况，在开展上述的故障排除工作时，需要遵循的基础点就在于，操作机构的工作状态正常，而确保操作机构的常态工作就需要，对同次操作中的多个波在不同的时间、区域等方面上的情况，进行横向的对比，从而得出诊断性的结论。

3 断路器断口闪络故障的原因分析

在断路器的断口闪络故障问题中，较多发生此种状况的为发变组断路器以及带并联电抗器线路断路器。

3.1 发变组断路器

对于发变组断路器，其机组在并网的过程中，系统电压与主变高压测电压具有较小的相角差以及频差，所以在断口两端的电压具有低拍频特点，整体的低昂呀幅值在0～2倍相电压间浮动[5]。在发变组断路器的运行期间，若断路器的断口绝缘部位出现由于机械外力原因或是其他原因索早车能够的缺陷问题，将会引发断路器的短路闪络现象发生。在发生短路闪络后，机组的进出同步，故障电流较小，并且出现具有间歇性，不具备对地保障，母线电压、机端电压属于正常范围，所以不会出现相应的闪络保护动作。尽管在发变组的断路器中会设置相关的闪络保护设置，但由于保护设置的定值通常设定为机组耐受水平的最高值，其延时以及动作的定值长，将常出现发生断路器闪络后的故障电流只会在短瞬间达到保护值，造成保护返回的情况发生。因此无法做到对断路器端口进行有效的闪络保护，引发后期的对地故障问题发生。在发变组断路器中产生的故障波型可参考图1。

图1 500kV变电站中发变组断路器中产生的故障波型

3.2 带并联电抗器线路断路器

对带并联电抗器线路断路器，在最后的一组断路器跳开后，在并联电抗器以及输电线路中的电容之间会产生充放电现象，此时的线路中的电压具有拍频的特征，在断路器的断口处的电压为输电母线以及线路拍频的电压之差，同样具有拍频特征[6]。在这个过程中所出现的电压幅值，主要受到分闸相位以及线路的并联补偿程度影响，在部分情况下断口的暂态电压与额定耐受电压持平。由此可知，若断口的绝缘部位属于薄弱部位，则易引发断口的闪络现象发生。在发生闪络情况后，故障电流是输电线路中通过带并联电抗器的空充电流，一般在几十到几百安，对地短路电流大于此值，出现这一现象不会产生对地故障，线路中的电压均属正常值范围，尤其引发保护装置不启动，引发更为严重的对地障碍。

3.3 保护措施

由以上分析可知，无论在交流变电站中所使用的断路器为带并联电抗器线路断路器还是发变组式断路器，一旦在分闸情况下出现断口的闪络现象，不管闪络现象是发生在断路器的外侧还是出现在灭弧室内，其电弧都无法自动熄灭。且不具备有效的保护设置，在发生故障电弧后无法做出及时的自我保护，导致断路器长期受到影响，使电弧受到长期燃烧，导致瓷套发热，SE6劣化，严重后直接引发断路器的爆炸，造成事故的严重化。

为避免此类断路器故障情况的发生，应在变电站日常的运营维护上加强管理，提高断路器的断口绝缘优化，提升其使用的可靠性，在继续拧断路器的选择时，进行精细的挑选，确保所用器材符合实际的电力运行需求，同时改进断路器的断口闪络保护设置，从实际的使用需求出发，设置与之相符的保护额定值，从而避免严重的断路器故障事故的发生。

4 结束语

综上所述，结合笔者多年的工作经验，在本文中介绍了两种500kV交流变电站中常见的断路器故障问题，分析了两种问题的主要发生机制、特点，以及问题位置。在将来的断路器故障预防以及解决过程中，工作人员需要更多的加强对其它断路器故障问题的探讨分析，不断地实践创新，从而科学化的解决断路器故障问题，促进电力产业的长足发展。

[1]许杨，陈小军，李锋锋，郝跃东，欧阳震，苏丰，刘斯佳，刘娇.550kV断路器典型故障分析[J].高压电器，2013，12（06）：80～87.

[2]徐党国，李 雨，孙云生，刘平，骆立实，张恩伟.500kV断路器断口击穿故障与防护措施分析[J].高压电器，2013，03（11）：59～63+68.

[3]刘杨名，江福官，顾爱斌.高压断路器拒动原因分析及解决方案[J].高压电器，2012，02（07）：90～94+98.

[4]陈保伦，文亚宁.断路器弹簧操动机构介绍[J].高压电器，2010，10（13）：75～80.

[5]呼延斌.ZN12-10型真空断路器常见故障原因分析及处理[J].现代电子技术，2010，22（14）：208～210.

[6]万磊，范冕，何慧雯.500kV大型水电站主变压器侧避雷器优化[J].电力建设，2014，03（09）：83～88.

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