1、浅谈高压开关电器设备故障及诊断研究摘要：电力系统中最重要的控制电器之一是高压开关电器，其运行状态的好坏直接影响电力系统的安全与稳定。基于开关电器重要性，本文介绍了高压开关电器的常见故障并对部分故障的原因进行了分析，为电力系统的稳定运行和安全检修人员提供参考。关键词：高压开关电器 设备故障 诊断研究 中图分类号： TM5 文献标识码： A 随着生活质量的提高，亿万用户对电能质量的要求也越来越高，维护电力系统的安全可靠运行也越来越重要。高压开关电器是电力系统中最重要的，最常用的开关设备，在电网中起到控制和保护作用，即正常运行时通过开合开关电器来投入或切除相应的线路或电气设备从而变换电网的运行状态（
2、倒闸操作） ；当线路或电气设备发生故障时，将故障部分从电网中快速切除，维护电网无故障部分正常运行。若开关电器不能在系统发生故障时正确动作、及时消除故障，就可能使事故扩大甚至发生电力系统崩溃。一、绝缘故障因绝缘问题而引发高压开关电器故障发生的次数是最多的，主要有内、外绝缘对地闪络击穿，相间绝缘闪络击穿，雷电过电压击穿，瓷套管、电容套管污闪、闪络、击穿、爆炸，绝缘拉杆闪络，电流互感器闪络、击穿、爆炸等。其中以内绝缘故障、外绝缘和瓷套闪络故障发生次数较多。（1）内绝缘故障。在开关电器安装或运行过程中，开关电器内出现的异物或剥落物可导致开关电器本体内发生放电。此外，因触头及屏蔽罩安装位置不正而引起的金
3、属颗粒磨损脱落也可导致开关电器内部发生放电。（2）外绝缘和瓷套闪络故障。主要原因是瓷套的外型尺寸和外绝缘泄露比距不符合标准要求以及瓷套的质量有缺陷。由于开关电器与开关柜不匹配、柜内隔板吸潮、绝缘距离不够、爬电比距不足、无加强绝缘措施等原因导致高压开关柜发生绝缘故障的次数也较多，主要有电流互感器闪络、柜内放电和相间闪络等。此外开关柜内元件有质量缺陷也将导致相间短路故障。 绝缘故障诊断： 1、 最基本而常用的非破坏性试验方法：就是用高压兆欧表测量被试验的绝缘电阻。通常，电气设备的绝缘都是多层的，这些多层绝缘体，在外施直流电压下，就有吸收现象，即电流逐渐减小，而趋于某一恒定值(泄漏电流)。图 1 中
4、的曲线 1 即为这一电流随时间变化的曲线，因为通过介质的电流与介质电阻的测量值成反比，故可用曲线 2 表示介质加压后其电阻的测量值与时间的关系，如被试品绝缘状况愈好，吸收过程进行得愈慢，吸收现象便愈明显，如被试品严重受潮或其中有集中性导电通道，由于绝缘电阻显著降低，泄漏电流增大，吸收过程快，如曲线3 所示。这样流过绝缘的电流便迅速变为一较大的泄漏电流。因此可根据被试品的电流变化情况来判断被试品的绝缘状况。 、 当被试品绝缘中存在贯穿的集中性缺陷时，反映泄漏电流的绝缘电阻明显下降，用高压兆欧表检查时便发现。例如：变电站中的针式绝缘子最常见的缺陷是瓷质开裂，开裂后绝缘电阻明显下降，一般就可用高压兆
5、欧表检测出来；而发电机的绝缘往往变动甚大，它和被试品的体积、尺寸、空气状况等有关，往往难以给出一定的绝缘电阻值的判断标准。通常把处于同一运行条件下不同相的绝缘电阻进行比较，或是把这一测量的绝缘电阻和过去对它曾测得的绝缘电阻值进行比较来发现问题；对于容量较大的设备如电机、变压器、电容器等可利用吸收现象来测量它们的绝缘电阻(即绝缘电阻测量值)随时间的变化以判断绝缘状况。吸收试验反映 B 级绝缘和 B 级浸胶绝缘的局部缺陷和受潮程度比较灵敏。发电机定子绝缘的吸收现象是十分明显的，通常用吸收比来表示：KR60/R15 (即 60s 时兆欧表读数与 15s 时的读数之比)。由于 K 值是两个绝缘电阻之比
6、故与设备尺寸无关，可有利于反映绝缘状态，完好干燥的绝缘，吸收现象明显，吸收比 K 常较大(大于 1.3)；绝缘受潮时，吸收现象不明显，吸收比较小(接近于 1)。需要注意的是，有时当某些集中性缺陷虽已发展得很严重，以致在耐压实验中被击穿，但耐压试验前测出的绝缘电阻值和吸收比均很高，这是因为这些缺陷虽然严重，但还没有贯穿的缘故。因此只凭绝缘电阻的测量来判断绝缘状况是不可能的，还需要选择其它方法进行试验。 2、交流耐压试验 交流耐压试验能有效地发现较危险的集中性缺陷，可准确地考验绝缘的裕度，但有一重要缺点：即对固体有机绝缘，在较高的交流电压作用时，会使绝缘中的一些弱点更加发展，因此，应当选择合适的试
7、验电压值。一般考虑到运行中绝缘的变化耐压试验电压值应取得比出厂电压低些。而且不同情况的设备应不同对待。例如在大修前发电机定子绕组的试验电压常取 1.31.5 倍额定电压；对于运行 20 年以上的发电机，由于绝缘较老，可取 1.3 倍额定电压来做耐压试验。但对与架空线路有直接连接的运行 20 年以上的发电机考虑到运行中大气过电压侵袭的可能较大，为了安全仍要求用 1.5 倍额定电压来做耐压试验。做耐压试验时，常是升压至试验电压后，加压 1min 以便观察被试品的情况，同时也是为使已开始击穿的缺陷来得及暴露出来，耐压时间不宜太长，以免使绝缘发生击穿。 3、直流耐压试验 直流耐压试验也能确定绝缘的电气
8、强度，与交流耐压试验相比，它的特点是：试验设备轻小，其次在绝缘进行直流耐压试验的同时，可通过测量泄漏电流来观察内部的绝缘缺陷。 直流耐压试验电压的选取，也应参照绝缘的工频交流耐压试验电压和交直流击穿强度之比。对发电机定子绕组取 22.5 倍额定电压，对于3、6、10kV 的电力电缆取 56 倍额定电压；对 2035kV 的电缆取 45倍额定电压；35kV 以上电缆取 3 倍额定电压。电力电缆在进行直流耐压试验时，持续 5min，用泄漏电流的读数来寻找缺陷。直流耐压的时间比交流耐压长一些。所以发电机试验时是以每级 0.5 倍额定电压分阶段升高，每阶段停留 1min，以观察并读取泄漏电流值。利用直
9、流高压对电气设备进行耐压试验，具有更加重要的意义。二、拒动故障高压开关电器的拒动故障包括拒分和拒合故障。其中拒分故障最严重，可能造成越级跳闸从而导致系统故障，扩大事故范围。造成开关电器拒动主要有机械原因和电气原因。 （1）机械原因。机械故障主要由生产制造、安装调试、检修等环节引发。因操动机构及其传动系统机械故障而引发开关电器拒动占拒动故障 65%以上，具体故障有机构卡涩，部件变形、位移、损坏、轴销松断，脱扣失灵等。 （2）电气原因。由电气控制和辅助回路故障而引发。具体故障有分合闸线圈烧损、辅助开关故障、合闸接触器故障、二次接线故障、分闸回路电阻烧毁、操作电源故障，保险丝烧断等。三、误动故障高压
10、开关电器的误动主要是由二次回路故障、液压机构故障和操动机构故障引起。 （1）二次回路。二次回路故障主要由因接线端子排受潮绝缘降低，合闸回路和分闸回路接线端子间发生放电而产生的二次回路短路引发。此外还有二次电缆破损、二次元件质量差、开关电器误动、继电保护装置误动等原因。 （2）液压机构。开关电器出厂时因阀体紧固不够、装配不合格、清洁度差而造成密封圈损坏，从而促发液压油泄露或机械机构泄压，最终导致开关电器强跳或闭锁。 （3）弹簧操动机构。检修开关电器时，因调整操动机构分(合)闸挚子使弹簧的预压缩量不当，导致弹簧机构无法保持而引起开关电器自分或自合。四、开断与关合故障少油和真空开关电器出现开断与关合
11、故障较多，主要集中于7.212kV 电压范围内。少油开关电器发生故障主要是因为喷油短路烧损灭弧室，导致开关电器开断能力不足，在关合时发生爆炸；真空开关电器发生故障主要是因为真空灭弧室真空度下降，导致真空开关电器开断关合能力下降，引起开断或关合失败；SF6 开关电器发生故障主要是由于SF6 气体泄漏或者微水含量超标引起灭弧能力下降。五、载流故障 载流故障主要是由于触头接触不良过热或者引线过热而造成。触头接触不良是由于装配过程没有使动、静触头完全对准或对准偏差过大，操作过程中灭弧室喷口与静弧触头碰撞导致喷口断裂造成开关事故。7.2-12kV 电压等级开关柜发生载流故障主要是由于开关柜中触头烧融或隔
12、离插头接触不良过热导致燃弧而引发。 1.导流回路的发热机理和表征 电力系统中的电力设备的组成部分是导流回路、绝缘防护部分、导磁回路部分和控制传动部分，其中导流回路一般都是由铜或铅等金属制成，是其较为重要的组成部分。引起导流回路电阻增大的主要原因是整个回路中的触头、接头或连接件等电气节点出现了接触面或接触压力等事件。根据焦耳-楞次定律： P=I2R 或 P=I2RT （其中 P 是指发热功率（W） ，I 是指通过负荷电流（A） ，R 是指直流电阻（） ） 当有负载电流通过导流回路时，必然会通过热损耗的形式消耗一部分电能，产生发热功率，从而使接触不良导体产生局部发热现象，进而使金属导体接触面被加速
13、氧化，并形成恶性循环。 2.介质损耗的发热机理和表征 绝缘防护部分具有绝缘、散热、灭弧等作用，是电器设备中另一相当重要的组成部分，其主要是由固体、液体或气体等电介质构成。介质损耗是指在交变电压作用下绝缘介质的能量损耗，由该损耗形成的发热功率可以表示为： P=U2CTG （其中 P 是指发热功率（W） ， 是指交变电压的角频率（=2f） ，U 是指施加电压（V） ，C 是指介质等值电容（F） ，CTG 是指介质损耗角正切值。 ） 通过该式，介质损耗与施加电压平方成正比，直接或间接受式样尺寸、介质材料和电压频率的影响，但与负荷电流大小无关，且设备内部和导体周围的绝缘介质即使处于正常运行状态，也会受
14、交变电压作用而引起介质损耗并发热，从而使得损耗因素不断增大，并增加了发热功率，进而使设备的运行温度不断被升高。同时，由于设备的内部故障不同于外部故障能被直观察觉，而是以传热原理显现在外部，因而，工作人员在巡查检测中可以结合温度分布规律或热表现象来发现设备的热状态、变化趋势及部位。 六、外力和其他故障外力和其他故障主要为泄露故障和部件损坏，主要包括：气动部分漏气、液压部分漏油、开关电器本体漏油等，约占此类故障的 55%以上。 （1）泄露故障。主要由气动部分漏气和液压部分漏油引发（内漏也引发打压频繁） 。泄露一般由阀系统密封不严、密封圈(垫)老化损坏、压力表接口部分泄露、压力泵接头质量差和清洁度差
15、而引起，此外安全阀动作值错误、环温升高致安全阀误动以及安全阀动作后不复位都会引发泄压。由于生产制造水平的限制，国产开关电器液压机构露油现象普遍，SF6 开关电器本体或者气动部分泄露点主要位于表计和管路的接头处。 （2）部件损坏。易损坏的部件主要有传动机构部件、密封部件、阀体及拉杆等。损坏主要是由于传动部件机械强度不足、密封部件质量差而引起，此外安装、检修水平不高，发现隐患不及时也将使开关电器缺陷加剧而形成故障。密封件质量差易老化或是安装或检修中，密封件因受损、安装位置不正或紧固力过大而变形是密封件损坏的主要原因。故障处理：清扫，开关柜应定期进行清扫，以保持绝缘件、导电件表面的清洁。清扫应在开关柜一、二次回路都不带电的情况下进行。润滑，应定期对开关柜的有关部位进行润滑。 七、结语对开关电器故障种类及检测方法要通过专业设备和专业技术，一部分是靠广大电力维护人员眼见、耳听、以及在日常的工作中不断累积总结，为了电力系统稳定高效地运行贡献力量。 参考文献 1吴松林.隔离开关的常见故障处理J.湖北电力，2009（04）. 2孙晓敏.变电站倒闸操作过程中隔离开关故障处理方法J.广东电力，2011（07）.
