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斷路器的事故原因分析

現場多年對斷路器的事故統計表明,其運行事故的主要類型如下;

1)操動失靈;

2)絕緣故障;

3)開斷、關合性能不良;

4)導電性能不良。

產生事故的原因,一般可大致分為技術原因和工作原因兩大類。所謂技術原因,是指產品本身或運行方式的缺陷;所謂工作原因,是指造成這些缺陷的工作者過失。本節將分析這兩方面的原因。


事故的技術原因分析

(一)操動失靈

操動失靈表現為斷路器拖動或誤動。由于高壓斷路器最基本、最重要的功能是正確動作并迅速切除電網故障。若斷路器發生拖動或誤動,將對電網構成嚴重威脅,主要是:①)擴大事故影響范圍,可能使本來只有一個回路故障擴大為整個母線,甚至全所、全廠停電;②如果延長了故障切除時間,將要影響系統的運行穩定和加重被控制設備的損壞程度;③造成非全相運行。其結果往往導致電網保護不正常動作和產生振蕩現象,容易擴大為系統事故或大面積停電事故。例如。某發電廠在小號發電機停機解裂操作中,袖子SW2220型少油斷路器拉桿強度不足而折斷,B相未斷開,造成非全相運行,使4號主變壓器中性點間隙發生火花放電,電弧波及220kV東下母線,使母線差動保護動作,2號發電機及兩條線路跳閘,又由于負序電流的影響,使發電機轉子磁極主絕緣幾乎全部損壞。

導致操動失靈的主要原因有:

1)操動機構缺陷;

2)斷路器本體機械缺陷;

3)操作(控制)電源缺陷。

具體分析如下。

1.操動機構缺陷。

操動機構包括電磁機構、彈簧機構和液壓機構

   現場統計表明,操動機構缺陷是操動失靈的主要原因,大約占70%左右。對電磁與彈簧機構,其機構機械故障的主要原因是卡澀不靈活。此處卡澀,既可能是因為原裝配調整不靈活,也可能是因為維護不良所致、造成機構機械故障的另一個原因是鎖扣調整不當,運行中斷路器自跳(跳閘)多半是此類原因。各連接部位松動、變位,多半是由于螺釘未擰緊、銷釘未上好或原防松結構有缺陷。值得注意的是,松動、變位故障遠多于零部件損壞,由此可見,防止松動的意義并不亞于防止零部件損壞。

   對液壓機構,其機械故障主要是密封不良造成的,因此保證高油壓部位密封可靠是特別重要的。

   對機構的電氣缺陷所造成的事故,主要是由輔助開關、微動開關缺陷造成的。輔助開關的故障多數為不切換,由此往往造成操作線圈燒壞。除此,故障還有是由于切換后接觸不良造成拒動。微動開關主要是指液壓機構等上的聯鎖、保護開關。有SW6型斷器的事故統計資料表明,其微動開關故障約占其機構電氣故障的50%左右。除輔助開關、微動開關缺陷外,機構電氣缺陷中比例最大的為二次回路故障。對于這些“配角的配角”也應當引起重視。例如。

  1)某電業局的220kV變電所,其主變壓器的SW6220斷路器C相在運行中偷跳,造成非全相運行,導致嚴重后果。其原因是C相機構分閘線圈引出線外皮磨損,與鐵軛窗口放電,構成直流系統負極接地。又由于變電所絕緣監視裝置失靈,而不能及時發現,儀表班在作業中又誤觸正極,造成直流兩點接地,使斷路器C相偷跳。

  2)某變電所的SW6220型少油斷路器,在檢修中,將二次線接錯,以致故障時斷路器拒分,擴大為全所停電。

   3)某發電廠的SW6220Ⅰ型少油斷路器,其CY3機構的F4輔助開關,因制造質量不良,觸片彈力不足,似接非接。當線路故障時,斷路器不能正確分閘,使斷路器失靈保護動作, 220kV母線停電,少送電 15.5 kW· h,少發電7.5 kW· h

2.斷路器本體的機械缺陷

   造成斷路器本體操動失靈的缺陷,皆為機械缺陷。其中包括瓷瓶損壞、連接部位松動,零部件損壞和異物卡澀等。例如;某發電廠的3號發電機一變壓器的SW7220型少油斷路器,在并網操作時C相拒合,造成非全相運行,使220kV母聯、線路斷路器跳閘,少發電40kW·h。事故的原因是,該斷路器操作已達3600次,部件磨損嚴重,變直機構變形,又未及時進行檢修、更換,終于釀成事故。

   SW7220型少油斷路器具有特殊的“晚動”故障,其原因是:該型斷路器滅弧室內和三角箱內的油是隔絕的。為了避免運行中滅弧室的油漏進三角箱,一般都把導電桿動密封調得很緊,當夏季氣溫上升時,動密封往往會把導電桿抱住,當斷路器接到分閘命令時,導電桿運動要克服此抱緊力,往往晚幾十至幾百毫米才能完成分閘動作。對這種“晚動”現象,在事故后僅檢查斷路器不易查出,只有看故障錄波器示波圖才可發現。為了避免此類事故發生,在SW7220型少油斷路器檢修工藝中已對導電桿的撥出力的允許范圍作了規定,只要認真執行檢修工藝,運行中便不會發生“晚動”事故。

3.操作(控制)電源缺陷

   斷路器的操作電源缺陷,也是造成操動失靈的三大根源之一。在操作電源缺陷中,操作電壓不足是最常見的缺陷。其原因多半是由于電站采用交流電源經硅整流后作操作電源,在系統發生故障時,電源電壓大幅度降低,或雖有蓄電池組,但操作電源至斷路器處連線壓降太大,使實際操作電壓低于規定的下限。例如某變電所因一條配電線路發生故障,斷路器在重合時爆炸;另一變電所44kV線路相位接錯,合閘并網時斷路器爆炸。這些都是由于硅整流器電源由本變電所供給,當線路故障時,母線電壓降低所致。因此,1982年原水利電力部制訂了《關于變電所操作能源的暫行規定》,要求新建變電所不得再采用硅整流作為操作電源,建議推廣采用蓄電池和儲能式操動機構,對已有變電所進行操作電源改造和完善,并加強管理。

(二)絕緣事故

   斷路器絕緣事故,可分為內絕緣事故與外絕緣事故。內絕緣事故造成的危害,通常比外絕緣更大。

1.內絕緣事故

   內絕緣事故主要有套管和電流互感器事故,其原因主要是進水受潮;其次是油質劣化和油量不足。也有是由于某些主絕緣件絕緣質量有問題造成的。例如:

  1)某變電所的 SW6220型少油斷路器,其B相北柱在運行電壓下發生爆炸,造成3個大型變電所全停, 28個中型變電所停電,少送電量達6kW·h。事故原因是鋁帽進水,絕緣拉桿受潮。實際上,在預防性試驗中,已發現油耐壓值低(只有188kV25mm),但未及時安排停運處理,以致釀成內絕緣閃絡,斷路器爆炸。

  2)某變電所的一臺SW3110G型少油斷路器,檢修時放出約20kg水。由于進水使絕緣部件受潮閃絡甚至爆炸者不少。該省僅1年就發生了4次爆炸事故。進水的原因主要是;鋁帽與帽蓋結構不合理或有砂眼氣孔;安裝工藝不嚴。進水的路徑一般是從螺絲沿面進入滅弧室或沿噴口頂部開孔銷滲入。

  3)某水電站的SW7220型少油斷路器,在運行中B相突然爆炸。引起事故的主要原因是由于開關油中有水分,使絕緣拉桿受潮,絕緣強度降低,以致在正常電壓下,絕緣拉桿發生沿面閃絡而釀成事故。

  4)多次發生SW235型少油斷路器內附環氧樹脂絕緣電流互感器絕緣擊穿、引起斷路器爆炸事故。其主要原因是環氧樹脂澆注質量不良,內部存在氣泡,引起局部放電。其次是電流互感器頸部均壓結構不合理,使其頸部電場比較集中。

   順便指出,斷路器進水,不僅會影響其絕緣性能,也可能導致拒動。例如,安徽某臺SW4110型少油斷路器,由于三角箱大量進水,結果在冬季結成冰,導致斷路器拒動。

2.外絕緣事故

   外絕緣事故主要是由于污閃和雷擊引起斷路器閃絡、爆炸事故。污閃的原因主要是瓷瓶泄漏距離校小,不適于污穢地區使用;其次是斷路器滲油、漏油,使其瓷裙上容易積聚污穢而引起閃絡。例如:

1)某電廠的SW4220型少油斷路器,因滲油套管積塵,在小雨時發生了污穢閃絡,造成220kV變電所全部停電事故。

2)某水電廠的DW8��35型多油斷路器因雷電過電壓造成外絕緣閃絡事故。

(三)開斷、關合性能事放

  開斷、關合任務是對斷路器最嚴酷的考驗。現場統計表明,由于嚴重的開斷、關合條件,在運行中出現的機率較小,故一般斷路器開斷、關合性能事故的比例不大。絕大多數開斷、關合事故的主要原因是由于斷路器有明顯的機械缺陷,其次是缺油或油質不符要求。也有是由于斷路器斷流能力不足。但前者較多,因為有相當數量的事故發生于分、合小容量,甚至是分、合負荷電流。例如,某變電所1號主變壓器的二次例斷路器SW260G型,當時63kV母線發生帶地線合閘事故,斷路器跳閘重合時,BC兩相瓷套爆裂,井噴油著火。經核算,第一次開斷的短路容量為、1500MVA4.5s重合后,開斷容量僅為600MVA,遠低于銘牌容量2500MVA,故不屬于開斷容量不足事故。該型斷路器本來存在著正常操作時上帽噴油的缺陷。這臺斷路器原先是由運行單位自己加工完善化,排氣孔的大小和位置是否正確,裝配后是否被堵塞都值得懷疑。

(四)導電性能不良事故

   導電性能不良的事故,在斷路器事故中占的比例較小,其原因是:①多數斷路器的實際負荷電流遠小于其額定值;②靜止狀態下的導電性能容易得到保證。

   現場事故統計資料分析表明,導電性能不良故障主要是由機械缺陷引起的。其中有:①接觸不良。包括接觸面不清潔,接觸大小及接觸壓力不足;②脫落、卡阻。如銅鎢觸頭脫落等;③接觸處螺釘松動;④軟連接折斷等。

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