变电站断路器的故障原因分析及解决方法

党星飞 周小燕

国网榆林供电公司 陕西 榆林 719000

引言

对于变电站内部的电气设备来讲，由于其长时间处于工作状态，因此不可避免地会出现部分问题，如果这些问题没有得到及时有效解决，势必会严重影响变电站的建设和发展，因而掌握科学合理的维修技术相当重要。在电力系统的持续发展过程中，断路器中包含了电能的调节功能。电网的可靠性与安全性会直接影响到高压断路器的实际运行状态[1]。

1 高压断路器常见故障

1.1 拒动

高压断路器拒动分为拒分、拒合两种故障，拒分对电网威胁较大，会导致越级跳闸，导致系统瘫痪。拒动则是多方面因素造成的故障。

1.1.1 拒绝合闸可能性原因为。回路有电压时线圈烧毁或断线或铁芯出现卡色，回路无电压时熔丝熔断，或辅助开关触点接触不良，或二次回路接触不良；当铁芯动作后操作杠杆未启动。可能性原因为：运动过程受阻、合闸锁扣入牵引杆过深、线圈端子电压偏低、铁芯撞杆导致变形；操作机构未释放。可能性原因为：主体或操作机构被卡住、杠杆扭曲变形、牵引杆未出“死区”。

1.1.2 拒绝分闸可能性原因为。线圈端子带电压时铁芯卡涩、线圈烧毁或部分断线。线圈端子不带电压时熔丝熔断或二次回路接触不良；机构连板系统未动作。可能性原因为：本体或者部分机构严重卡涩。

1.2 误动

断路器中的电力系统的重要影响因素就在于断路器的误动作，导致出现自动合闸，此后又出现分闸，储能后自动合闸等现象[2]。其异常表现和可能性分析如下：线圈储能后合闸。可能性原因为：复归弹簧变形致使四连杆为复位、合闸四连杆的受力过小、锁扣支架支撑连接松动、电机电源未接及时切换；无分闸信号可自动分闸。可能性原因为：分闸线圈的动作电压过低、继电器触点始终闭合、二次回路出现接地现象；分闸后又合闸。可能性原因为：分闸扣和操作机构未复位、锁钩表面变形严重致使锁扣不稳定、操作机构复位后幅度过大。

1.3 绝缘

在高压断路器的总故障中，绝缘故障的频率较高，分为内绝缘故障、外绝缘故障和瓷套闪络故障[3]。外绝缘故障容易发现和处理，而断路器内的异物容易引起故障，因此有必要进行有针对性的检查。

1.4 载流

高压断路器的触头接触不良会导致不同程度地触头过热和载流。这种情况要求电力部门做好沟通，首先降低电网实际负荷，安装新的断路器触头[4]。新断路器的接触异常可能是由于安装过程中断路器动触头与静触头错位，造成接触不良。

1.5 泄漏

泄漏是指放油阀关闭不严或密封不严造成的漏油。液压油管路接头泄漏会导致液压机严重漏油。气动执行机构在压缩空气管路连接处可能漏油，储气罐放水阀操作不当易导致气动执行机构漏气。

2 高压断路器故障诊断方法

在高压断路器运转过程中所发出的振动信号是对设备当下运行情况的一个主要反映，当下如何高效捕捉到振动信号是开展故障诊断处理的一个关键环节，对振动信号所开展的分析处理是全面掌握设备有效特征的基础条件。

2.1 时域分析法

此方法在1980年后才正式开始逐渐应用，对时域信号所产生的均值及标准差进行计算，以此构成一个对应的特征向量，并既定有两种特征来对断路器的状态进行表征，但这种特征提取方式无法精准反映出局部故障的信息，因此在分析法中的优势不足，在实际工程应用中缺乏相应的价值。而就动态时间规整法（DTW）来说，对其最早期的应用是在语音识别范畴，能有效地将各孤立点进行有序匹配以及识别[5]。按照断路器所发出的正常信号中所带有的独立性，选出一组正常的振动信号作为参考的主要标准，将实际振动信号所产生的时间特征量与其进行比较分析，以此来确定其是否属于正常运行状态。但这种方法无法准确感知信号在整体强度上的变化，因此也有一定局限性。

2.2 频域分析法

是转换时域信号为频域类型、再通过对正常信号以及测试信号频谱所对应的各频率分布与波动变化进行比较，进而根据频谱中产生的突变量来对断路器故障进行诊断，但因高压断路器的振动信号属非线性信号且周期性并不够明显，因此就难以从频域中找出相应明显的突变量，还需开展更为深入的分析研究。

2.3 时频分析法

这种方式是对时域及频域两种分辨率的综合，能在断路器操动机构振动信号的识别分析中有效适用。当下经验模态分析法、小波分析及小波包分析等都是时频分析法中的主要应用模型。经验模态分解（EMD）适用在对非线性以及是非平稳信号的分解中，采取了自适应信号的分解算法[6]。EMD可按照信号自身属性与特点来开展分解及重构原始信号，且EMD还可有效处理非平稳信号，然而EMD的算法还是有着不少劣势，如端点效应、模态混叠等。因此，以优化后的集合经验模态来分解振动信号，接着对分解后所得到的多组信号进行二维谱熵的计算，然后把构成特征向量放到标准的诊断模型里开展故障诊断工作。而小波变换主要是针对非平稳信号的分析处理，对振动信号进行分析后能得到一个根据频率而进行改变的时频窗口。

3 SF6断路器特点

SF6气体具有良好的绝缘性，同时其具有较为稳定的性状不易液化，因此其被广泛地应用于断路器的制造中。SF6断路器具有体积小、占地面积小、检修周期长、允许多次分合闸、断路器单元断口分断电流容量大、灭弧时间不长、耐压高四大优点，与原厂油断路器相比同一电压等级，断路器的绝缘柱数和断口数较少，结构简单。普通高压油断路器的检修工艺复杂，与之相比，断路器更省时省力。断路器弹簧储能机构维修方便，电池容量小，性能优于电磁或液压机构（油断路器）；油断路器配有大功率开关电源，不改变其动作，容易发生故障泄压、漏油等问题。

4 SF6断路器故障处理

4.1 SF6断路器故障监控

随电力系统对电力设备要求的提升，电气设备相关技术也在高速发展，现阶段基于SF6气体绝缘性原理所制造的断路器已基本替代了传统的油断路器，并作为变电站中的重要电气组件在电力分配和电路保护方面承担着重要的作用[7]。相应地在针对断路器进行监控的技术也随着信息技术和电子技术的发展有了较为显著的提升，现阶段的针对SF6断路器进行电力监控的系统其具有丰富的传感器其配置，以及中央控制系统和数据分析系统。

4.2 SF6断路器故障诊断

SF6断路器故障诊断主要以SF6断路器故障监控系统所采集回的数据信号作为主要的判断依据，在中央控制系统将SF6断路器所在电路的电力信号以及气体密度等信号的数字量传输到数据分析系统时，数据分析系统将所采集到的数据信息与预先设定的理想范围进行比对，当所采集的信息皆处于理想的阈值范围内时，故障诊断系统将断定SF6断路器不存在故障隐患。对于超过设定范围的状态信息，故障诊断系统应当根据实际电路的中的电力信号数据以及SF6断路器检修人员在现场所观测到的电力设备磨损情况进行综合的考虑，同时结合从电路系统中所采集到的波形数据，利用计算机的数据分析能力进行故障的判断。

5 变电站SF6断路器检修维护措施

5.1 检修准备工作

检修前应制定详细的检修计划和程序，对参加检修的技术人员进行培训和考核，确保检修过程有序高效。SF6断路器是一种重要的变电设备。检查前应切断断路器电源，回收装置内SF6气体向回收装置和弹簧释放装置的能量，用真空泵抽出装置内的空气，然后向装置内注入氮气或稳定气体，再次抽出残余气体，保证装置内部的真空环境，并制备所需的清洗剂和吸附剂。

5.2 气体检漏

对气体进行检漏必须使用专用的检漏仪，检测气体泄漏原因。如果发生气体泄漏，工作人员不能待在该区域，需停留在泄漏点10m以外的地方，再次进入工作区域时需要等到泄漏停止。如果泄漏发生在内部，此时再进行工作时，需要穿戴防护工作服，而且必须使用防毒面具，才能进行工作。为了保证工作人员的安全，在进行SF6断路器室内检测时，室内空气中的氧气含量必须高于18%，进行室内通风。对断路器的捡漏，要严格遵守产品说明书的要求，检测仪器的探头不宜长时间处于该环境里。当表针发生强烈报警时，说明检测探头接触到了高浓度的六氟化硫气体，而且此时表针为满刻度。在工作时应该注意，避免将探头处于六氟化硫气体中，如果接触应该立即将探枪移到洁净区。

5.3 检测含水量

断路器对含水量和六氟化硫气体的纯度都有要求，在内部正常运行时会发生闪络，产生多种六氟化硫分解物，气体绝缘设备中也会渗入大量的水分（大气中）。要保证冲入设备中的气体必须合格，同时还需要保证气室的干燥。根据电力设备检修试验规程，六氟化硫气体湿度不得大于150μL/L，运行中六氟化硫气体湿度不得大于300μL/L。设备中充有六氟化硫气体的单元在进行安装或检修时，要从环境的粉尘度、湿度进行控制。而检修完成后或设备运输过程中，气室内要避免潮气进入，需要保持一定的六氟化硫气体或氮气正压[8]。室内气体的处理主要包括干燥和清理两种方式，干燥工作的基础是靠抽真空和注入高纯度的N2进行处理，在处理时，必须要保证气室干燥是合格的。通过对SF6断路器压力表的观察，并结合六氟化硫气体检漏仪、微水含量测量仪进行六氟化硫气体检漏和水分测试，可以趁早发现漏气现象和漏气点，然后采取相关处理措施。

5.4 断路器检修

一般情形下数量众多的数据信号是传统故障诊断的判断依据，但这种方式易受外界因素影响而出现偏差，采集环节也极其烦琐，在对振动信号与电弧信号的采集就很容易受到其他因素的影响，这就会使对电力设备故障诊断的精确程度大大降低。要适应断路器智能化的发展，对断路器的故障检测与排查也需通过状态检修的手段来进行检查，在电力设备出现故障后再进行人工检查。这样的故障检查方式极大程度地节约了人工成本与物力资源。状态检测需建立在构建一个完整的在线监控平台基础上，这样就可通过智能诊断的方式弥补传统断路器的弊端。这种新型诊断方法主要通过信号处理提取信号的特征，再对这些特征进行相应的处理或通过神经网络、模糊算法、粒子群算法进行故障检测。通过智能算法可以改善信号处理，使断路器故障的诊断更加准确。

6 结束语

综上所述，变电站断路器是电力系统重要组成单元，当断路器出现故障时，会给电力系统运行可靠性及稳定性带来严重威胁。变电站中SF6断路器的检修是保障变电站电力分配和电路保护能力的重要工作，其应当依据科学的方法来规范有序进行。而针对SF6断路器的故障检修，有待科研人员进一步改进和探索。只有做好变电站断路器的维护和检测工作，才能保证变电站系统稳定、正常工作，从而安全、稳定地供电。