高压断路器工作原理及故障分析

来源 :中国电气工程学报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JK0803Tangxu
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  摘要:高压断路器是电力系统运行的重要执行元件,也是具备故障判断、故障检修和参数测量频次较多的一种重要电气设备。在社会经济的快速发展下,人们对供电质量提出了更高的要求。完善对电力设备的监测,确保断路器的稳定运行已然成为相关电力工作者需要思考和解决的问题。但是从电力系统运行发展实际情况来看,电力系统高压断路器在运行的时候往往会出现一些故障问题,严重制约了电力系统的稳定运行。为此,该文结合高压断路器运行实际情况就怎样科学处理高压断路器的应用故障进行策略分析。
  关键词:电网运行;高压断路器;工作原理;故障分析
  1高压断路器的原理
  断路器用于在正常运行时接通或断开电路,故障情况在继电保护装置的作用下迅速断开电路,特殊情况(如自动重合到故障线路上时)下可靠地接通短路电流。高压断路器是电力系统稳定运行的重要控制设备,是在正常或故障情况下接通或断开高压电路的专用电器。在具体应用的过程中其担负着稳定电流和及时发现和解决电力系统故障的职能作用,它不仅可以切断与闭合高压电路中空载电流与负荷电流,而且当系统在发生故障时可以通过继电器的保护装置。高压真空断路器处于合闸状态的时候,它对地绝缘由支持绝缘子来承受,一旦真空断路器所连接的线路发生永久接地故障,断路器动作跳闸后,接地故障点又未被清除,則有电母线的对地绝缘亦要由该断路器断口的真空间隙承受;各种故障开断时,断口一对触子间的真空绝缘间隙要耐受各种恢复电压的作用而不发生击穿。高压断路器的应用作用主要体现在2个方面。1)高压断路器的控制作用。高压断路器结合电力系统运行在需要会将所有的电气设备以及部门线路投入或者退出运行。2)高压断路器的保护作用。在电力系统运行出现故障的时候,高压断路器会和保护装置、自动装置共同配合来将故障及时从系统中切除,从而减少损害,防止事故扩大。
  2高压断路器的故障分析
  2.1断路器拒动故障
  由于拒动后将会延长故障切除时间,除加重被控制设备的损坏程度外,极易扩大事故影响范围,可能使单条回路故障扩散至整个母线,甚至导致全站停电、电网震荡等,容易扩大为系统事故或大面积停电事故。
  2.2操动机构缺陷
  (1)气动机构。此类机构在上世纪90年代至2010年期间应用广泛,目前仍有大量老设备在运。此类机构往往因高压气体泄露导致频繁打压,甚至影响断路器动作。(2)弹簧机构。对弹簧机构,其机械故障的主要原因常表现为弹簧卡涩不灵活,或锁扣调整不当。此处卡涩,既可能源于装配调整不当,也可能是因为维护不良所致。(3)液压机构。断路器液压机构主要有液压氮气机构、液压弹簧机构两类,基本原理为利用液压油泵为氮气储压筒或弹簧储能,利用此能量完成断路器动作。此类机构由于可储存较大的势能,断路器动作时可提供更快的动作速度,故而常用于超高压、特高压电网设备中。但由于液压回路复杂、内部压力大,常出现液压油渗漏、压力不能保持等故障。
  2.3SF6气体泄漏
  SF6作为优良的绝缘气体,近年来已取代绝缘油,成为断路器领域最主要的绝缘和灭弧介质。然而,相较于绝缘油,气体更易泄漏,且由于SF6无色、无味的特性,当其泄漏时隐蔽性较高,往往当发现时设备内压力已出现明显下降,影响断路器绝缘及灭弧性能。
  3断路器故障的解决措施
  3.1断路器拒分、拒合故障的分析
  首先,高压断路器远方操作不能合间,这是断路器常常出现的故障之一。断路器电气控制回路缺陷,常由辅助开关、微动开关故障造成。辅助开关的故障多数为切换不到位,或上次切换后接触不良,造成拒动。微动开关则主要是指各类机构的联锁、保护开关。统计资料表明,微动开关故障约占断路器电气回路故障的50%左右。
  3.2操动机构故障原因及解决措施
  (1)气动机构。气动机构利用空气压缩机,将压缩空气储存在储压筒中,以此带动断路器触头动作,此类机构常应用于LW13及LW23型断路器。由于空气储压筒中的压缩空气压力超过30MPa,压力较高的压缩空气易从空气管路、逆止阀处泄漏。现场检修时需要将设备停电后,释放剩余高压气体后对漏点进行清洁、加固,或更换逆止阀。(2)弹簧机构。当弹簧机构螺钉销钉未紧固,或防松结构有缺陷时,常出现连接部位松动、变位,导致断路器动作可靠性下降、分合速度不达标。值得注意的是,当断路器分合速度不达标时,可能导致灭弧室无法快速熄灭电弧,轻则严重烧损电触头,影响正常运行时的接触电阻,重则使灭弧室迅速升温,最终可能引起灭弧室爆炸。(3)液压机构。液压机构内油路复杂,一般可分为储能模块、控制模块、油压开关、邮箱四部分。各模块间必须密封良好,无内、外渗漏。当液压机构压力不能保持,油泵启动频繁时,应先检查储能及控制模块有无明显外渗漏,若无,则需要停电后拆解液压机构,检查模块间是否有内漏、密封圈是否完好、液压油内是否有杂质等。再者,气温变化也容易造成液压机构的故障。天冷时,各类杂质在液压油内的溶解度降低,将导致更多杂质析出、阻塞油路或影响液压油密封。
  3.3SF6气体严重漏气处理
  当SF6气体年漏气率大于1%时,则必须对该漏气情况进行处理。应在设备停电后进行气体回收、抽真空,拆解漏气部分,更换吸附剂、密封圈,并重新涂抹专用密封胶。处理时,工作人员应站在上风口处,必要时戴防毒面具。室内SF6气体泄漏时,还应开启风机通风15min,并检测室内SF6气体含量少于1000μL/L,氧气浓度不低于18%后人员方可进入室内。
  4预防措施
  4.1预防高压断路器拒动
  定期对断路器开展防拒动检查,做好机构箱应有的通风和防潮措施;辅助开关应安装牢固,防止因多次操作松动变位;分、合闸铁芯应动作灵活,无卡涩现象,以防拒分或拒合。
  4.2防止操作机构故障
  各运行、维护单位应根据可能出现的系统最大运行方式及可能采用的各种运行方式,每年定期核算开关设备开断的短路电流,并采取以下机构反事故措施:(1)保证机构箱内加热器、温控器、除湿器良好,使机构箱在潮湿季节或气温突变时保持干燥和恒温。(2)经常注意监视机构压力及油位,发现油位过低或渗漏油时应及时处理。(3)为保持液压油的清洁,防止漏压,在运行中每隔2年将油过滤一次。阀体解体检修必须在室内,并用海绵控拭零部件。
  4.3持续关注SF6气体压力
  对断路器除定期进行预防性试验外,在季节交替时应增加检查和试验次数,及时发现因温度变化导致的密封不良情况。除关注SF6压力表示数外,应定期对设备进行红外检漏及超声局放检测,确保时刻掌握设备运行工况。
  5结语
  综上所述,随着社会经济的快速发展下,电能已然成为国民经济生产的重要能源之一,怎样实现对电能的高效化利用成为相关人员需要思考和解决的问题。高压断路器是维护和管控电网安全运行的重要基础性设备之一,高压断路器的存在对电网的正常运行起着十分重要的作用。为此,在新的历史时期需要相关人员在工作中利用所学知识及时分析和掌握高压断路器的运行情况和故障类型、故障成因,并采取有效的措施来处理这些故障,旨在能够为电网稳定运行和人们安全用电提供重要支持。
  参考文献
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