开关类设备缺陷与产品质量关系研究

赵冰鑫

1前言

在输变电建设过程中，电网设备是电力系统的重要组成部分之一，是实现电能分配、调度和传输控制的重要设备。电网设备建设质量对电力系统整体运行质量有着举足轻重的影响。电网设备施工质量的好坏直接影响着电网设备的经济性、安全性和可靠性。并且，质量管理作为电网设备施工项目目标管理的重要一环，直接关系着工程进展、成本及企业的竞争力。

高压开关设备是电力系统中应用范围最广、使用数量最大、结构最复杂、制造精度最高、结构型式最多的输变电设备。高压开关设备与其它输变电设备最大的不同之处在于它是“动”的，它必须能够按照系统的运行要求，按照既定的操作程序，准确和可靠地“接通”或“断开”电路，尤其是高压断路器，它还必须准确和可靠地开断系统中发生的各种故障，隔离故障区段，保证系统的稳定运行。

由于断路器在变电站中的应用越来越广泛，近年来关于断路器的设备事故和重大设备缺陷也日益增多，因此需要认真统计分析断路器缺陷产生的原因和部位，加强检修，维护电网的安全运行。

2断路器的结构成分

高压断路器的主要结构大体分为：导流部分，灭弧部分，绝缘部分，操作机构部分。高压断路器的类型很多，根据断路器安装地点，可分为户内和户外两种。根据断路器使用的灭弧介质，可分为以下几种类型：

（1）油断路器。油断路器是以绝缘油为灭弧介质。可分为多油断路器和少油断路器。在多油断路器中，油不仅作为灭弧介质，而且还作为绝缘介质，因此用油量多，体积大。在少油断路器中，油只作为灭弧介质，因此用油量少体积小，耗用钢材少。

（2）六氟化硫（SF6）断路器。SF6断路器采用具有优良灭弧能力和绝缘能力的SF6 气体作为灭弧介质，具有开断能力强、动作快、体积小等优点，但金属消耗多，价格较贵。近年来SF6断路器发展很快，在高压和超高压系统中得到广泛应用。尤其以SF6断路器为主体的封闭式组合电器，是高压和超高压电器的重要发展方向。

其作用主要体现在两方面：

1）控制作用。根据电力系统运行的需要，将部分或全部电气设备，以及部分或全部线路投入或退出运行。

2）保护作用。当电力系统某一部分发生故障时，它和保护装置、自动装置相配合，将该故障部分从系统中迅速切除，减少停电范围，防止事故扩大，保护系统中各类电气设备不受损坏，保证系统无故障部分安全运行。

断路器的内部结构图如下图所示，所谓结构决定功能，有什么样的结构，就决定了有什么样的功能，在产品的设计阶段，必须把产品的设计水平提高，综合考虑个方面的最优方案，达到较好的平衡，这样才能设计出比较完善的产品，从而使得产品的优良率得到保证，这与这一切产品的品质来说，必须放到首要位置。

1.绝缘筒 2.上支架 3.上出线座 4.真空灭弧室 5.软连接 6.下支架 7.下出线座 8.碟簧 9.绝缘拉杆 10.四连杆机构 11.断路器壳体 12.分闸弹簧 13.四连杆机构 14.分闸电磁铁 15.含闸凸轮

图2-5 断路器的内部结构图

3断路器缺陷分析

现场多年对断路器的事故统计表明，其运行事故的主要类型如下：

（1）操动失灵；

（2）绝缘故障；

（3）导电性能不良。

产生事故的原因，一般可大致分为技术原因和工作原因两大类。所谓技术原因，是指产品本身或运行方式的缺陷；所谓工作原因，是指造成这些缺陷的工作者过失。

（一）操动失靈

操动失灵表现为断路器拖动或误动。由于高压断路器最基本、最重要的功能是正确动作并迅速切除电网故障。若断路器发生拖动或误动，将对电网构成严重威胁，主要是：①扩大事故影响范围，可能使本来只有一个回路故障扩大为整个母线，甚至全所、全厂停电；②如果延长了故障切除时间，将要影响系统的运行稳定和加重被控制设备的损坏程度；③造成非全相运行。其结果往往导致电网保护不正常动作和产生振荡现象，容易扩大为系统事故或大面积停电事故。

导致操动失灵的主要原因有：

1）操动机构缺陷；

2）断路器本体机械缺陷；

3）操作（控制）电源缺陷。

具体分析如下：

1）操动机构缺陷。

操动机构包括电磁机构、弹簧机构和液压机构现场统计表明，操动机构缺陷是操动失灵的主要原因，大约占70%左右。对电磁与弹簧机构，其机构机械故障的主要原因是卡涩不灵活。此处卡涩，既可能是因为原装配调整不灵活，也可能是因为维护不良所致、造成机构机械故障的另一个原因是锁扣调整不当，运行中断路器自跳（跳闸）多半是此类原因。各连接部位松动、变位，多半是由于螺钉未拧紧、销钉未上好或原防松结构有缺陷。值得注意的是，松动、变位故障远多于零部件损坏，由此可见，防止松动的意义并不亚于防止零部件损坏。对液压机构，其机械故障主要是密封不良造成的，因此保证高油压部位密封可靠是特别重要的。对机构的电气缺陷所造成的事故，主要是由辅助开关、微动开关缺陷造成的。辅助开关的故障多数为不切换，由此往往造成操作线圈烧坏。除此，故障还有是由于切换后接触不良造成拒动。微动开关主要是指液压机构等上的联锁、保护开关。有SW6型断器的事故统计资料表明，其微动开关故障约占其机构电气故障的50%左右。除辅助开关、微动开关缺陷外，机构电气缺陷中比例最大的为二次回路故障。对于这些“配角的配角”也应当引起重视。

2）断路器本体的机械缺陷

造成断路器本体操动失灵的缺陷，皆为机械缺陷。其中包括瓷瓶损坏、连接部位松动，零部件损坏和异物卡涩等。为了避免运行中灭弧室的油漏进三角箱，一般都把导电杆动密封调得很紧，当夏季气温上升时，动密封往往会把导电杆抱住，当断路器接到分闸命令时，导电杆运动要克服此抱紧力，往往晚几十至几百毫米才能完成分闸动作。对这种“晚动”现象，在事故后仅检查断路器不易查出，只有看故障录波器示波图才可发现。为了避免此类事故发生，在SW7～220型少油断路器检修工艺中已对导电杆的拨出力的允许范围作了规定，只要认真执行检修工艺，运行中便不会发生“晚动”事故。

3）操作（控制）电源缺陷

断路器的操作电源缺陷，也是造成操动失灵的三大根源之一。在操作电源缺陷中，操作电压不足是最常见的缺陷。其原因多半是由于电站采用交流电源经硅整流后作操作电源，在系统发生故障时，电源电压大幅度降低，或虽有蓄电池组，但操作电源至断路器处连线压降太大，使实际操作电压低于规定的下限。例如某变电所因一条配电线路发生故障，断路器在重合时爆炸；另一变电所44kV线路相位接错，合闸并网时断路器爆炸。这些都是由于硅整流器电源由本变电所供给，当线路故障时，母线电压降低所致。

（二）绝缘故障

它主要表現在瓷瓶损坏， 断路器绝缘材料绝缘性能下降。二次回路引起故障， 具体分析如下：

1）托架瓷瓶损坏， 引起它的原因有： ①瓷瓶安装位置不正确， 使其受到横向剪切力。②动触杆插入静触头行程过大， 在合闸时， 受到冲击力较大。③由于少油断路器渗油使断路器在缺油或少油时运行， 动触杆撞击下侧油缓冲器， 冲击瓷瓶。

2）二次回路故障主要是操作者在维修操作不当引起绝缘体损坏， 使其绝缘性能下降。

（三）导电性能不良

主要反映在断电器动静触头导电不良和进出接线端接触不良，都能使导电性能下降。若出现此现象，将会使断路器动静触点接通后起热或损坏个别部件。引起原因有：动静触头中心不正原因；操纵机构原因；进出铝排接线接触不良。具体分析如下：

1）动静触头中心调整微有中心不正， 使动静触头合闸时撞击触指， 使其变形错位， 产生接触不良。

2）操纵机构原因， 由于操纵机构， 使用中产生的磨损耗、变形等， 没能及时调整维护， 不能使其进入“死点”位置， 使其导电性能下降。

3）进出铝排接线接触不良， 它由于通入交流电， 产生的交流振动， 使紧固螺钉日久微松动或铝排的氧化产生微热， 使其加剧氧化发热， 造成接触不良， 导电效果下降。

参考文献

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