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真空斷路器的故障分析及設(shè)備管理
近幾年來(lái)，隨著電網(wǎng)的不斷建設(shè)發(fā)展，各類(lèi)用戶(hù)對(duì)電壓質(zhì)量和供電可靠性提出了更高的要求。真空斷路器由于滅弧能力強(qiáng)、電氣壽命長(zhǎng)、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)方便、技術(shù)含量高等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)35kV及以下電壓等級(jí)中被廣泛應(yīng)用。盡管真空斷路器已經(jīng)普及應(yīng)用，對(duì)某些問(wèn)題仍需慎重對(duì)待、正確處理，方可保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。及時(shí)發(fā)現(xiàn)查找出真空斷路器的故障點(diǎn)，采取積極的防范措施，對(duì)提高電網(wǎng)供電的可靠性是很有幫助的。現(xiàn)結(jié)合始興供電局zui近發(fā)現(xiàn)的一起真空斷路器故障作簡(jiǎn)要分析。
1故障的發(fā)現(xiàn)
2007年4月8日9時(shí)10分，始興供電局一座110kV綜自化變電站在交接班例行巡視設(shè)備時(shí)，發(fā)現(xiàn)35kV321真空斷路器發(fā)出斷斷續(xù)續(xù)的“吱吱"異常聲響，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步觀察，確認(rèn)是C相發(fā)出該響聲。值班人員用紅外線測(cè)溫儀檢查C相電氣連接點(diǎn)、TA及斷路器本體，溫度約16.5℃左右，均為環(huán)境溫度，外觀檢查該斷路器沒(méi)發(fā)現(xiàn)其他異常。后將321真空斷路器從電網(wǎng)中解列退出運(yùn)行，同時(shí)通知工程技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行查測(cè)，以保證zui短時(shí)間內(nèi)處理故障，恢復(fù)正常供電方式。
2故障的分析
2.1外觀檢查和真空度試驗(yàn)
該真空斷路器型號(hào)為ZW7-40.5，內(nèi)置LZZBJ4-35電流互感器，2005年6月投入運(yùn)行。我們首先對(duì)該真空斷路器進(jìn)行了絕緣電阻、真空度、接觸電阻的測(cè)試，結(jié)果表明，真空斷路器的真空滅弧室、下端絕緣套管、內(nèi)置電流互感器絕緣電阻良好，而且真空度、接觸電阻也合格。從紅外線測(cè)溫儀檢測(cè)的結(jié)果可以看出，一次電氣連接點(diǎn)接觸良好，沒(méi)有發(fā)熱現(xiàn)象。我們繼續(xù)對(duì)斷路器的絕緣拉桿、水平拉桿、箱體進(jìn)行檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)斷裂、銹蝕、放電、斷銷(xiāo)、異物或者零部件脫落的情況，固定連接部分元件沒(méi)有松動(dòng)，絕緣亦無(wú)破損、污損，密封膠圈未老化，電流互感器鐵芯的硅鋼片螺絲也上得很緊。真空斷路器發(fā)出斷斷續(xù)續(xù)的“吱吱"異常聲響是否是電流互感器二次回路開(kāi)路，或者連接線松動(dòng)所致？對(duì)該斷路器進(jìn)行多次手動(dòng)分合閘操作試驗(yàn)，自由脫扣試驗(yàn)，電動(dòng)分合閘操作試驗(yàn)，斷路器沒(méi)發(fā)現(xiàn)異常，該斷路器的彈簧儲(chǔ)能操作機(jī)構(gòu)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該不存在問(wèn)題。
2.2加壓試驗(yàn)
為了確切找出真空斷路器C相發(fā)出異常響聲的具體位置，遵循不擴(kuò)大設(shè)備的損傷范圍、不加劇設(shè)備破壞程度的原則，在該斷路器分閘的情況下進(jìn)行單相分段施加額定電壓22.5kV試驗(yàn)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常響聲。
為了更真實(shí)反映故障，盡快找出發(fā)出異常響聲的具體位置，對(duì)斷路器進(jìn)行空載送電（即只合上母線側(cè)隔離開(kāi)關(guān)和斷路器），約4min后C相終于出現(xiàn)了斷斷續(xù)續(xù)的“吱吱"放電聲，具體發(fā)出聲音的部位在下端絕緣套管和電流互感器之間，箱體內(nèi)的電流互感器響聲尤為明顯，而且隨著時(shí)間的推移放電聲越來(lái)越大，好像感覺(jué)隨時(shí)都有發(fā)生擊穿的可能。
真空度測(cè)試畢竟不能代替工頻耐壓試驗(yàn)。真空度測(cè)試由于受測(cè)試范圍限制，必須配合工頻耐壓試驗(yàn)才能對(duì)真空滅弧室作出準(zhǔn)確的診斷。特別是對(duì)于真空泡*泄漏的情況，試驗(yàn)值會(huì)與真空度良好時(shí)的數(shù)值接近，容易引起錯(cuò)誤判斷。于是決定對(duì)該斷路器在開(kāi)斷狀態(tài)下進(jìn)行按規(guī)程的預(yù)防性工頻耐壓試驗(yàn)。
首先，下端絕緣套管接地，只給上端的真空滅弧室施加電壓。電壓升至95kV1min后，沒(méi)發(fā)現(xiàn)異常。
其次，給下端絕緣套管（已包括電流互感器）施加電壓。當(dāng)電壓升至58kV時(shí)，突然發(fā)出異常的噼啪響聲，高壓試驗(yàn)儀器跳閘。
用兆歐表測(cè)試，上端真空滅弧室絕緣電阻為2500MΩ，下端絕緣套管絕緣電阻為0MΩ，顯然被擊穿了。其中下端絕緣套管包括電流互感器、絕緣拉桿、套管和電流互感器之間充填的絕緣硅脂，但是外觀檢查下端絕緣套管各個(gè)部位均沒(méi)發(fā)現(xiàn)任何放電和擊穿的痕跡。由于電流互感器是內(nèi)置，不方便解列，故先解開(kāi)絕緣拉桿逐步測(cè)試。下端絕緣套管絕緣電阻為2500MΩ，絕緣拉桿絕緣電阻為0MΩ，看來(lái)故障點(diǎn)終于找出來(lái)了，問(wèn)題出在絕緣拉桿上。把絕緣拉桿*卸下，才發(fā)現(xiàn)絕緣拉桿下端的防護(hù)罩里面有一層碳化的粉末物。絕緣拉桿放電痕跡如圖1所示。
2.3故障處理
更換絕緣拉桿后，再次對(duì)該真空斷路器的C相下端絕緣套管進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)異常，也排除了由于電流互感器、絕緣硅脂局部絕緣薄弱而導(dǎo)致放電的原因。同時(shí)對(duì)斷路器的機(jī)械特性、斷口絕緣水平、直流接觸電阻進(jìn)行了試驗(yàn)，均滿(mǎn)足要求。
3設(shè)備故障剖析及防范措施
由于放電痕跡發(fā)生在絕緣拉桿下端的防護(hù)罩里面，從外觀根本無(wú)法檢查出。而且絕緣拉桿下端的防護(hù)罩貼近箱體的不銹鋼外殼，放電發(fā)出的立體響聲從聽(tīng)覺(jué)上容易誤認(rèn)為是電流互感器所致。這就要求我們?cè)诓檎夜收宵c(diǎn)時(shí)，要充分利用試驗(yàn)儀器，逐步分解查找的原因。
3.1絕緣拉桿的性能分析
在斷路器合閘時(shí)發(fā)出放電聲，而在分閘時(shí)，給下端絕緣套管加至單相額定電壓，沒(méi)發(fā)出異常響聲，是因?yàn)榄h(huán)氧樹(shù)脂澆注的絕緣拉桿機(jī)械強(qiáng)度不足。絕緣拉桿是斷路器傳遞動(dòng)力和絕緣的元件，是斷路器本體和機(jī)構(gòu)部分的紐帶。
一般情況下，絕緣拉桿材料采用環(huán)氧樹(shù)脂澆注，雖然環(huán)氧樹(shù)脂具有高絕緣性能，其沖擊電壓為50kV/mm，工頻耐壓為30kV/mm，但是由于拉桿機(jī)械強(qiáng)度不夠，澆注的絕緣環(huán)氧樹(shù)脂拉桿在工作時(shí)受力為瞬時(shí)突加載荷，合閘時(shí)絕緣拉桿受到各種應(yīng)力，而分閘時(shí)又釋放，由于機(jī)械強(qiáng)度不足導(dǎo)致漏電距離發(fā)生微小變化，使電性能達(dá)不到要求。當(dāng)絕緣拉桿、支撐桿受到拉力、壓力、彎曲力，會(huì)造成絕緣拉桿斷裂、彎曲、爆裂等質(zhì)量事故。絕緣拉桿機(jī)械強(qiáng)度不足主要是因?yàn)椴牧线x用或配方不合理，固化不好、配料操作時(shí)計(jì)量不準(zhǔn)或固化時(shí)間太短、固化溫度過(guò)低，澆注時(shí)產(chǎn)生氣泡、裂縫、缺陷等，造成絕緣拉桿內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理。
3.2重視設(shè)備的維護(hù)與管理
當(dāng)斷路器發(fā)生了故障，一般會(huì)認(rèn)為是設(shè)備制造質(zhì)量差、檔次低，于是往往會(huì)在加強(qiáng)設(shè)備指標(biāo)水平上下功夫。其實(shí)設(shè)備的絕緣水平等指標(biāo)不可能也不應(yīng)盲目地加強(qiáng)，對(duì)故障要具體分析，檢查所發(fā)生的缺陷是否具有普遍性。我們應(yīng)該正確合理檢測(cè)斷路器，判斷斷路器在絕緣、導(dǎo)電、機(jī)械操作以及開(kāi)斷性能方面的安全可靠性，并在長(zhǎng)期運(yùn)行中經(jīng)得起時(shí)間的考驗(yàn)。
真空斷路器的管理維護(hù)工作亟待加強(qiáng)。許多制造廠家都言稱(chēng)自己生產(chǎn)的真空斷路器是免維護(hù)的，或者不檢修周期長(zhǎng)，電壽命長(zhǎng)，機(jī)械壽命達(dá)10000次，加之一些用戶(hù)單位長(zhǎng)期以來(lái)側(cè)重和習(xí)慣于檢修而疏于設(shè)備管理，因此很容易導(dǎo)致用戶(hù)單位放松對(duì)真空斷路器的管理與維護(hù)。事實(shí)上，所有斷路器不存在免維護(hù)，只是維護(hù)方式的轉(zhuǎn)變。由以往的定期維護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)維護(hù)，由大換大拆式的粗放維護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)榫?xì)維護(hù)，其前提條件都是做好對(duì)斷路器的運(yùn)行管理。當(dāng)斷路器達(dá)到一定的操作和動(dòng)作次數(shù)后，必然引起傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的疲勞、變形、斷裂等問(wèn)題。一些真空斷路器未能及時(shí)得到維護(hù)，故障就會(huì)在運(yùn)行過(guò)程中暴露出來(lái)，釀成險(xiǎn)情。
