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断路器的事故原因分析

2014-9-28 上午 09:16:42点击:

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)开断、关合性能不良;

4)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。本节将分析这两方面的原因。


事故的技术原因分析

(一)操动失灵

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。例如。某发电厂在小号发电机停机解裂操作中,袖子SW2一220型少油断路器拉杆强度不足而折断,B相未断开,造成非全相运行,使4号主变压器中性点间隙发生火花放电,电弧波及220kV东下母线,使母线差动保护动作,2号发电机及两条线路跳闸,又由于负序电流的影响,使发电机转子磁极主绝缘几乎全部损坏。

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。例如。

  (1)某电业局的220kV变电所,其主变压器的SW6~220断路器C相在运行中偷跳,造成非全相运行,导致严重后果。其原因是C相机构分闸线圈引出线外皮磨损,与铁轭窗口放电,构成直流系统负极接地。又由于变电所绝缘监视装置失灵,而不能及时发现,仪表班在作业中又误触正极,造成直流两点接地,使断路器C相偷跳。

  (2)某变电所的SW6一220型少油断路器,在检修中,将二次线接错,以致故障时断路器拒分,扩大为全所停电。

   (3)某发电厂的SW6一220Ⅰ型少油断路器,其CY3机构的F4辅助开关,因制造质量不良,触片弹力不足,似接非接。当线路故障时,断路器不能正确分闸,使断路器失灵保护动作, 220kV母线停电,少送电 15.5万 kW· h,少发电7.5万 kW· h。

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。例如;某发电厂的3号发电机一变压器的SW7一220型少油断路器,在并网操作时C相拒合,造成非全相运行,使220kV母联、线路断路器跳闸,少发电40万kW·h。事故的原因是,该断路器操作已达3600次,部件磨损严重,变直机构变形,又未及时进行检修、更换,终于酿成事故。

   对SW7一220型少油断路器具有特殊的“晚动”故障,其原因是:该型断路器灭弧室内和三角箱内的油是隔绝的。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。因此,1982年原水利电力部制订了《关于变电所操作能源的暂行规定》,要求新建变电所不得再采用硅整流作为操作电源,建议推广采用蓄电池和储能式操动机构,对已有变电所进行操作电源改造和完善,并加强管理。

(二)绝缘事故

   断路器绝缘事故,可分为内绝缘事故与外绝缘事故。内绝缘事故造成的危害,通常比外绝缘更大。

1.内绝缘事故

   内绝缘事故主要有套管和电流互感器事故,其原因主要是进水受潮;其次是油质劣化和油量不足。也有是由于某些主绝缘件绝缘质量有问题造成的。例如:

  (1)某变电所的 SW6一220型少油断路器,其B相北柱在运行电压下发生爆炸,造成3个大型变电所全停, 28个中型变电所停电,少送电量达6万kW·h。事故原因是铝帽进水,绝缘拉杆受潮。实际上,在预防性试验中,已发现油耐压值低(只有18.8kV/2.5mm),但未及时安排停运处理,以致酿成内绝缘闪络,断路器爆炸。

  (2)某变电所的一台SW3一110G型少油断路器,检修时放出约20kg水。由于进水使绝缘部件受潮闪络甚至爆炸者不少。该省仅1年就发生了4次爆炸事故。进水的原因主要是;铝帽与帽盖结构不合理或有砂眼气孔;安装工艺不严。进水的路径一般是从螺丝沿面进入灭弧室或沿喷口顶部开孔销渗入。

  (3)某水电站的SW7一220型少油断路器,在运行中B相突然爆炸。引起事故的主要原因是由于开关油中有水分,使绝缘拉杆受潮,绝缘强度降低,以致在正常电压下,绝缘拉杆发生沿面闪络而酿成事故。

  (4)多次发生SW2一35型少油断路器内附环氧树脂绝缘电流互感器绝缘击穿、引起断路器爆炸事故。其主要原因是环氧树脂浇注质量不良,内部存在气泡,引起局部放电。其次是电流互感器颈部均压结构不合理,使其颈部电场比较集中。

   顺便指出,断路器进水,不仅会影响其绝缘性能,也可能导致拒动。例如,安徽某台SW4一110型少油断路器,由于三角箱大量进水,结果在冬季结成冰,导致断路器拒动。

2.外绝缘事故

   外绝缘事故主要是由于污闪和雷击引起断路器闪络、爆炸事故。污闪的原因主要是瓷瓶泄漏距离校小,不适于污秽地区使用;其次是断路器渗油、漏油,使其瓷裙上容易积聚污秽而引起闪络。例如:

1)某电厂的SW4一220型少油断路器,因渗油套管积尘,在小雨时发生了污秽闪络,造成220kV变电所全部停电事故。

2)某水电厂的DW8��35型多油断路器因雷电过电压造成外绝缘闪络事故。

(三)开断、关合性能事放

  开断、关合任务是对断路器最严酷的考验。现场统计表明,由于严重的开断、关合条件,在运行中出现的机率较小,故一般断路器开断、关合性能事故的比例不大。绝大多数开断、关合事故的主要原因是由于断路器有明显的机械缺陷,其次是缺油或油质不符要求。也有是由于断路器断流能力不足。但前者较多,因为有相当数量的事故发生于分、合小容量,甚至是分、合负荷电流。例如,某变电所1号主变压器的二次例断路器SW2一60G型,当时63kV母线发生带地线合闸事故,断路器跳闸重合时,B、C两相瓷套爆裂,井喷油着火。经核算,第一次开断的短路容量为、1500MVA,4.5s重合后,开断容量仅为600MVA,远低于铭牌容量2500MVA,故不属于开断容量不足事故。该型断路器本来存在着正常操作时上帽喷油的缺陷。这台断路器原先是由运行单位自己加工完善化,排气孔的大小和位置是否正确,装配后是否被堵塞都值得怀疑。

(四)导电性能不良事故

   导电性能不良的事故,在断路器事故中占的比例较小,其原因是:①多数断路器的实际负荷电流远小于其额定值;②静止状态下的导电性能容易得到保证。

   现场事故统计资料分析表明,导电性能不良故障主要是由机械缺陷引起的。其中有:①接触不良。包括接触面不清洁,接触大小及接触压力不足;②脱落、卡阻。如铜钨触头脱落等;③接触处螺钉松动;④软连接折断等。