550kV断路器运行状况分析及反事故技术措施
2008-01-11 15:03阅读：
550kV断路器运行状况分析及反事故技术措施
1 前言
我国电力系统采用550kVSF6断路器已有二十余年的历史，随着我国电网的发展，产品技术水平的提高，SF6断路器的应用越来越普遍。近年来在110kV及以上电压等级的新建、扩建工程中各地已经普遍选用了SF6开关设备，SF6断路器已成为高压电网开关无油化进程的替代设备，特别是500kV系统，SF6断路器已经占到百分之百。
近年电力系统发生多起550kVSF6断路器爆炸和损坏事故，对电网的安全运行造成了严重影响。为了解我国550kVSF6高压断路器的运行状况，总结运行经验，吸取事故教训，查找设备隐患，改善设备管理，减少设备事故，现对1998～2003年550kVSF6高压断路器运行状况及事故、障碍情况进行了统计分析，并提出反事故技术措施。
2 550kV断路器装用情况
截止2003年底，国家电网公司系统550kV高压开关设备共计1157台，其中14台由于台帐不详，未统计在表2中。各网、省电力公司装用情况见表1，按型号分布的装用情况见表2。
国网公司1157台设备中，瓷柱式断路器903台，占总台数的78.0%，罐式断路器224台，占总台数的19.4%，GIS间隔数16个，占总台数的1.4%。[1]
国网公司1157台设备中，进口及合资设备856台，占总台数的74.0%，国产设备287台，占总台数的24.8%。[2]
注：[1]和[2]计算比例时有14台断路器生产厂、结构型式不详，未统计在内。
表1 至2003年底国网公司550kV断路器按网省公司分布情况
公司
名称 华北 河北 山西 内蒙古 山东 东北
辽宁 吉林 黑龙江 华东 上海
台数 165 33 20 24 84 112
8 / 10 / 66
公司
名称
江苏 浙江 安徽 福建 四川 重庆 湖南
湖北 江西 河南 新疆
台数 190 142 24 43 44 28
34 68 2 61 /
公司
名称 宁夏 甘肃 陕西 青海
总计
台数 / / / /
1157
表2 至2003年底国网公司550kV断路器按型号分布情况
型 号 生产厂家 运行台数 结构型式 操动机构 小
计
ELK-SP3 ABB 12 GIS 液压弹簧
288
ELF-SP7 80 瓷柱式 液压弹簧
ELF-SL7 41 瓷柱式 气动、液压
HPL550 141 瓷柱式 弹簧
550PM50-40 12 罐式 液压弹簧
HBLI/145/550 2 串补设备 弹簧
FX22 阿尔斯通 40 瓷柱式 液压 104
FX32D 17
FX12 4
GL317（苏州） 43 弹簧
FA4-500 法国MG 13 瓷柱式 液压 13
550-MHME-2Y NMG 11 瓷柱式 气动
11
3AS5 西门子 31 瓷柱式 液压 366
3AT2-E1 327
3AT3DT 6
3AQ 2 串补设备
OFPTB-500 日立 13 罐式 气动 13
500-SFM-50B 三菱 59 瓷柱式 气动
59
GSR-500 东芝 2 GIS 液压 2
进口（合资）小计 856
LW6-500 平高 52 瓷柱式 液压 59
LW10B-550 4
FA4-500 3
GSP-500R2B 平高东芝 1 GIS 液压 1
LW6-500 沈高 21 瓷柱式 液压 86
LW12-500 64 罐式 液压
ZF6 1 GIS 液压
LW13-500 西高 94 罐式 气动 100
LW15-500 6 瓷柱式
500-SFMT-50B 西开三菱 41 罐式 气动
41
国产设备小计 287
设备合计 1143
未统计台数 14
设备总计 1157
3 550kV断路器故障情况
3.1 故障情况按年份和责任统计
1998～2003年550kV断路器故障情况按年统计见表3，按责任统计见表4。
1998～2003年550kV断路器共发生故障72台次，其中事故19台次，占26.4%，障碍53台次，占73.6%。
表3 1998～2003年550kV断路器故障统计（括号内为全国电力系统）
事故率、障碍率、故障率单位：台次/百台'年
年份 事故台数 障碍次数 运行台数 事故率 障碍率
故障率
1998 1（1） 1（4） 509（649） 0.196（0.154）
0.196（0.616） 0.393（0.770）
1999 0（1） 3（4） 584（729） 0（0.137）
0.514（0.549） 0.514（0.686）
2000 0（1） 13（14） 653（858） 0（0.117）
1.991（1.632） 1.991（1.748）
2001 3（4） 6（6） 821（1028） 0.365（0.389）
0.731（0.584） 1.096（0.973）
2002 3（4） 14（14） 869（1126） 0.345（0.355）
1.611（1.243） 1.956（1.599）
2003 4（8） 11（11） 1157（1471）
0.346（0.544） 0.951（0.748） 1.296（1.292）
合计 11（19） 48（53）
由表3可知，2003年故障率比1998年同比上升了230%，为1998年的3.3倍。自2000年以后，
550kV断路器故障率居高不下，其原因一是由于一批550kV断路器运行时间较长，已经到达或接近二十年，进入了故障多发期；二是由于长期以来，对于550kV断路器没有统一的、明确的检修原则、检修方案、检修标准，给检修工作带来一定的困难，由表4可知，检修问题已成为造成设备故障的第二大原因；三是由于近年来大量使用的外资和合资厂生产的设备，而在验收、安装、调试、预试、设备故障处理等方面存在诸多薄弱环节，常有出厂该做的试验未做、现场该做的试验未做，造成先天不足的设备投入运行；四是故障处理和消缺工作不彻底，外方人员服务不及时导致问题长期得不到解决，有的事故设备处理不彻底未查清原因，留下故障隐患。
表4 故障按责任分布情况（括号内为全国电力系统）
故障责任 运行 检修 制造 其它
故障次数 4（5） 9（9） 41（52） 5（6）
（占百分数） 6.8%（6.9%） 15.3%（12.5%） 69.5%（72.2%）
8.5%（8.3%）
由表4可见，制造方面责任41次，是故障主要原因。第二位是检修，有9次。其它方面原因为第三位，有5次，其中安装原因2次、基建1次、设备到期老化1次、选型不当1次。第四位原因是运行，有4次。
3.2 故障情况按制造厂和设备型号统计
表5 1998～2003年550kV断路器事故、障碍按制造厂分布表
事故率、障碍率、故障率单位：台次/百台'年
制造厂 运行台数 事故台次 事故率 障碍台次 障碍率
故障率
ABB 288 3 1.042 8 2.778
3.819
西门子 366 1 0.273 5 1.366
1.639
阿尔斯通 104 1 0.962 2 1.923
2.885
法国MG 13 3 23.08 1 7.692
30.77
意大利NMG 11 1 9.091 4 36.36
45.45
三菱 59 1 1.695 1 1.695
3.390
日立 13 0 0 4 30.77
30.77
东芝 2 0 0 0 0 0
进口（合资）设备小计 856 10 1.168 25 2.921
4.089
西开（含西开-三菱） 141 1 0.709 4 2.837
3.546
沈高 86 7 8.140 13 15.12
23.26
平高（含平高-东芝） 60 1 1.667 11 18.33
20.0
国产设备小计 287 9 3.136 28 9.756
12.89
国网未统计台数 14 / / / /
/
国网公司合计 1157 11 0.951 48 4.149
5.099
南网公司 314 8 2.548 5 1.592
4.140
总 计 1471 19 1.292 53 3.603
4.895
550kV断路器装用量超过50台的制造厂依次为西门子公司，ABB公司，西安高压开关厂，阿尔斯通公司，沈阳高压开关厂，平顶山高压开关厂，三菱公司。
事故率最高的为沈阳高压开关厂，其次为平顶山高压开关厂，事故率最低的为西门子公司，其次为西安高压开关厂。
障碍率最高的为平顶山高压开关厂，其次为沈阳高压开关厂，障碍率最低的为西门子公司，其次阿尔斯通公司。
故障率最高的为沈阳高压开关厂，其次为平顶山高压开关厂，故障率最低的为西门子公司，其次阿尔斯通公司。
表6 550kV断路器故障按型号分布
型 号 制造厂 拒分 拒合 绝缘 误动
载流 其它 小计
LW6 沈高 1 1 3
5
LW12 1 3 3 1 9
17
ZF6 1
1
LW13 西高 4
4
LW6 平高 7
7
FA4 3
3
550PM50-40 ABB 3
3
HPL550-B2 1 1
2 4
ELKSP3-2 4
4
3AT2-E1 西门子 1 1
1 3
3AS5 1 1 1
3
FX32DL 阿尔斯通 1 1
2
OFPTB 日立 1 3
4
500-SFM-50B 三菱 1 2
3
500-MHME-2Y 意大利NMG 1 1
3 5
GFA2 MG 1
1
GIS 2
2
OH-500 1
1
合 计 4 5 18 8 1 36
72
注：表5、表6中事故和障碍次数为全国电力系统数据，以下的分析均以全国电力系统的故障情况为依据。
4 故障概况及原因分析
由表6可知，1998～2003年发生的72台次故障中，拒分4次，占5.6%，拒合5次，占6.9%，绝缘17次，占23.6%，误动8次，占11.1%，载流1次，占1.4%，其它37次，占51.4%。绝缘故障是故障的主要原因。1998～2003年550kV
SF6断路器故障汇总表见附表1。
上面所统计的72次故障，只是550kV断路器在运行中发生了影响系统正常供电的故障次数，实际上断路器在安装调试过程中、预防性试验中及运行中发生的缺陷或障碍并未统计在内。现根据1998年～2003年统计的72次故障和发现的较多问题综合对一些较突出问题进行分析。
4.1 拒动故障
4.1.1 故障概况
550kV断路器拒动故障（拒合、拒分）共发生9次，占故障总数的12.5%。其中由于分闸线圈烧毁造成拒分2次；分闸电磁铁松动造成铁心卡涩，导致开关拒分1次；分闸回路可靠动作电压范围不满足标准要求，造成拒分1次；传动杆轴销脱落造成拒合1次；合闸线圈烧损造成拒合1次；导电杆进水结冰造成合闸不到位1次；液压机构压力接点发生变化造成拒合1次；合闸闭锁和重合闸闭锁二次线接反，造成拒合1次。
4.1.2 原因分析
造成拒动故障主要有四方面的原因：一是分合闸线圈发生机械变形、损坏、线圈和铁心配合精度差，易造成铁心卡涩，有的直接造成拒动，有的造成线圈常时间带电，烧毁线圈；二是传动轴销质量差，机械强度低，易断裂；三是结构分闸回路设计不合理，分闸动作电压高于标准要求；四是基建、安装质量差，二次线接错，造成拒动。
另外液压机构压力表质量不佳，压力接点变化而导致的拒动故障也有发生（126-252kV断路器液压机构也存在此类问题）。
4.2 误动故障
4.2.1 故障概况
550kV断路器误动故障共发生8次，占故障总数的11.1%。其中由于二次部分故障引起误动3次，机械传动部分故障引起误动2次，其它原因引起误动3次。
4.2.2 原因分析
二次部分故障主要原因有三个：一是继电器、辅助开关等二次元器件质量存在缺陷，在外部干扰下引起误动；二是汇控柜密封不良，接线端子易受潮，引起接线端子间放电，导致开关跳闸；三是由于分闸线圈结构设计不合理，线圈与固定销摩擦，直流电源接地。
机械传动部分故障主要原因为机构行程开关卡涩，导致液压机构误发闭锁信号以及分闸动铁心与掣子间隙过大，合闸保持不住，多次合闸后造成合闸回路电阻烧坏。
其它原因为气温过低（-17℃），SF?气体压力降低，造成开关强跳；开关无故障跳闸。
制造部门和运行部门应充分重视二次部分的重要性，对汇控拒内二次元器件及接线应选用优质产品，不可忽视，运行部门也应加强运行监视，检查和维护。
4.3 绝缘故障
4.3.1 故障概况
绝缘故障共发生18次，占故障总数的25%。在18次绝缘故障中，断路器15次，其中罐式断路器11次，瓷柱式断路器4次。
GIS设备3次。国产断路器8次，进口断路器7次。GIS设备故障中，2次为法国M.G公司产品，1次为沈高ZF6。18次绝缘故障中，内绝缘故障13次，绝缘拉杆故障3次，外绝缘故障2次。
内绝缘故障13次，其中11次发生在罐式断路器和GIS中，2次发生在瓷柱式断路器中。13次内绝缘故障中合闸电阻爆炸5次，分别为ABB公司的550PM50-40型断路器3次，意大利NMG公司的550MHME-2Y型断路器1次，MG公司的GFA2型1次。线路侧触头屏蔽罩下部对罐体放电5次，分别是沈高LW12断路器2次、ZF6型GIS1次，西开500-SFMT和LW13各1次。西开厂LW13断路器安装时套管内干燥剂袋未取出，造成导电杆对外壳放电1次，法国MG公司GIS设备发生内绝缘故障2次，1次是由于GIS气室内有金属颗粒，造成设备内部闪络，另1次是由于气室内盆式绝缘子放电，爆炸1次。
绝缘拉杆故障3次，占绝缘故障的16.7%，分别为西开的LW13型2次和西门子公司的3AT2E1型断路器1次。
外绝缘闪络故障2次，占绝缘故障的11.1%，均为套管外闪爆炸。1次为LW12断路器所配法国CERALEP公司瓷套质量存在缺陷、1次是由于500-SFM-50B选用是等外径瓷瓶，外绝缘水平不够。
4.3.2 原因分析
内绝缘故障主要是由于内部带电体对壳体放电，且有随着设备运行时间加长和操作次数增加而越来越多的趋势，主要问题是工厂内部装配和现场安装过程中清洁度的控制较差。因为随运行时间和操作次数的增长，有些异物经过多次振动后可能会从装配部件上掉到罐体上，有些杂物在电场的作用下会从弱电场区移动到强电场区，从而引起内部放电，而这些异物一经电弧烧灼，即无踪影。另外，由于触头及屏蔽罩磨损造成金属颗粒脱落，导致内部放电的故障也时有发生，主要是由于触头及屏蔽罩安装位置不正，摩擦所致。
因此减少内部放电的关键是严格控制部件装配质量以及整体装配和现场安装过程中的清洁度。同时在投运前应进行现场耐压试验和局放试验，最好同时进行操作冲击耐压试验，以尽量发现和清除异物。在运行中加强对罐式和GIS设备的巡视，并尽可能安装监视内部放电的在线监测仪器，以能尽早发现放电隐患。
外绝缘故障一是瓷套粘接质量不良，导致爆炸；二是断路器的等直径密伞裙外形的瓷套裙间距离小，不适合我国使用（110kV和220kV断路器也存在这个问题）。因此在设备选型时，应注意瓷套的外绝缘泄漏比距和外型尺寸。
4.4 载流故障
载流故障发生1次，占故障总数的1.4%，发生在平高LW6型断路器上，因拉杆限位铜套管脱落，使拉杆水平方向移动，致使所带两个断口中一个断口接触不良，过热爆炸。
4.5 其它故障
4.5.1 故障概况
其它类型故障共有36次，占故障总数的51.4%。
其它类型故障主要分为漏油漏气和部件损坏两大类。漏油漏气27次，其中液压机构漏油11次，气动机构漏气6次，储压筒漏氮1次，本体漏SF6气体4次，主变高压套管与GIS波纹管接头处漏气3次，打压频繁2次。部件损坏9次，其中4次为密封垫（圈）损坏，1次为微动开关损坏，1次为机构传动齿轮断裂，1次为绝缘拉杆扣脱，1次为合闸电阻碎裂。
550kV断路器操动机构基本上可分为两种类型：气动机构和液压机构（液压弹簧机构归为液压机构）。其它类型故障中机构故障有27次，占75%。
气动机构发生故障7次，主要集中在日立OFPTB-550断路器，发生故障4次，意大利NMG公司的MHME-2Y型断路器，发生故障3次。OFPTB-550断路器故障多为机构漏气，MHME-2Y型断路器故障大多发生在投运五、六年后，故障多为气动机构压缩机一、二级阀密封不良，阀片易损坏。
液压机构发生故障20次，主要为渗漏油和部件损坏问题，共有17次，为沈高LW12断路器8次，平高LW6断路器7次，
FA4断路器2次。
4.5.2 原因分析
造成液压机构渗漏的主要原因是部件材质加工工艺、机械强度、密封圈（垫）质量、装配质量及油管、油表、压力继电器等的接头质量差所致，另外检修维护质量对机构渗漏油影响也较大。
解决渗漏的关键除应完善阀系统的设计外，首先应该严格控制零部件
