500KV交流变电站断路器的运行情况及故障原因分析

变电站，是电网中改变电压的场所，一般指降压变电站。为了把发电厂发出来的电能输送到较远的地方，必须把电压升高，变为高压电，到用户附近再按需要把电压降低，这种升降电压的工作靠变电站来完成。在我国，常见的交流输变电电压等级包括1000kV、750kV、500kV、330kV、220kV、110kV、66kV、35kV、20kV、10kV。500kV变电站是指最高电压等级为500kV的变电站，其输入电能和输出电能的电压分一般为500kV和220kV。

摘要：随着我国电力能源需求的不断增加，500KV交流变电站以其强大的电力供应特性成为我国电力系统中的一个重要电网枢纽。然而，目前500KV交流变电站断路器损坏与爆炸事故的不断增加，对我国电网的运行状态与安全性能产生了极其不利的影响。本论文就结合500KV交流变电站断路器的基本运行状况，对在运行中发生故障的原因作深入分析，并在此基础上对断路器的故障提出几点可行性的改善策略。

关键词：500KV交流变电站 运行状况 故障分析 断路器损坏

引言

随着社会用电量的不断增加，我国的电力系统正逐步朝着专业化、科学化的方向发展，而500KV电网是我国电力系统的重要组成部分，在此系统中，500KV的交流变电站是一个非常重要的电网枢纽。但是根据近几年的调查数据来看，变电站断路器产生故障事故的机率正逐步升高，这给我国电力系统的运行带来了不利的影响。因此，就必须要先对变电站断路器的基本运行状况作个全面分析，再深入研究其产生故障的原因，并从中找出有效解决故障问题的方法。

一、500KV交流变电站断路器的基本运行状况

1、断路器的基本组成结构与作用

高压断路器指的是额定电压超过所规定的3KV及以上，并能够承载、关闭与开启过载电流的设备。这种能够控制电流开关的设备都被统称为高压开关设备，类似于断路器的高压开关设备还有接地断路器、熔断器、隔离负荷开关等，虽然它们种类复杂，但是组成结构大多是相似的，下图1即高压断路器的组成结构示意图：

图1 高压断路器的组成结构示意图

高压断路器在我国电网中的基本作用主要有以下三种，分别是：

1.1调节作用

高压断路器是一种具备可调节与可控制性的开关设备，其能够很好的根据电网的需求，设置不同的电力设备与部分的电力线路投入或者是退出使用，以此方式来达到调节设备供电的需求。

1.2故障切除作用

高压断路器还能够起到一定的故障切除作用。当电力系统中部分线路或者是某一设备产生故障时，其能够在继电保护的影响下，快速找出故障问题并将其切除。

1.3安全保护作用

高压断路器是一种可调节的开关设备，因此只要工作人员关闭高压断路器或者是其他类型的电力开关设备，那么就可以对电力设备起到一定的安全保护作用，使其与高压的电源相隔离。

2、500KV交流变电站高压断路器的基本运行状况

根据所调查数据来看，目前我国的500KV交流变电站断路器的运行状况是良好的，只有少数断路器产生故障情况。下面，笔者主要是以大唐著名的发电企业托电公司的具体情况为例，全面阐述该公司所使用断路器的运行状况。托电公司的发电工程是国家十五期间的重点建设项目，其所拥有的500kv的升压站为我国的西部大开发和西电东送战略输送了源源不断的电量。据调查的相关数据来看，托电公司的机组容量为8×600mw，各机组均采用的是双电源系统，尽管安全设置了电源系统，可是在500kv的交流变电站中仍有断路器的故障产生。例如在2008年的1月23号，托电公司的6#机组在启动的过程中，5062断路器A相就发生了外绝缘闪络的故障，此次故障造成了#6机组发变组产生相应的保护动作，与此同时，启动5062开关失灵的保护动作还造成了托源四线5063开关产生了跳闸现象。工作人员随即赶到现场对现场设备进行了全面的检测与排查。在经过SF6气体专业人员对托电5062断路器进行了SF6中SO2气体的含量检测后，在现场就根据检测数据作出了SF6气体的色谱分析，随即又对5062断路器的A相顶部进行了全面的排查，最终排查到故障原因即A相北侧的`端口位置产生了外绝缘闪络现象。工作人员根据所排查出的故障原因随即采取了及时的补救措施，最终成功的解决了故障问题。因此，深入分析故障原因，找出合理的解决措施对于我们来说是十分重要的。

二、500KV交流变电站断路器产生故障的原因分析

在目前所使用的500KV交流变电站中断路器会产生不同类型的故障，例如GIS设备的故障、HGIS设备的故障以及SF6断路器的故障等。这里，笔者主要挑选典型的故障类型重点分析，即GIS设备故障原因与SF6断路器故障原因。

1、GIS设备故障原因分析

GIS设备故障是500KV交流变电站断路器故障中最常见的故障类型之一，其共有五种不同性质的故障问题，其中绝缘故障是最主要的问题。深入分析其故障原因，如下图2所示：

图2 GIS设备故障问题原因分析

在GIS设备故障问题中，排除由于人为因素所致的原因，维护措施不到位、设备安装不合格、设备清洁度不够等也是导致GIS设备产生故障的重要因素之一。在肇庆供电局的断路器故障中，约占40%的故障是由于现场设备安装不当引起的。设备安装不合格包括设备在安装前的检测、安装时的工艺问题与相应的清洁问题以及安装后的设备维护保养不到位问题。而这些问题都是日后我们需注意控制与管理的方面。

2、SF6断路器故障原因分析

SF6故障是500KV变电站断路器故障中最复杂的故障类型之一，根据故障产生的性质来分共有三种：拒动、误动与绝缘问题，其中误动故障所占据的比例最大，为57%。深入分析其故障原因，如下图3所示：

图3 SF6断路器故障原因分析

由图3我们得知，在SF6断路器故障问题中，继电器的性能故障占据的比例是最大的，而运行维护措施不到位所引起的故障占据比例最小，为14%。深究其中，我们还需要注意的是对于继电器的性能保护，在500KV变电站中三相不一致继电器经常发生开关误动现象，这对于变电站的整体运行状态都会产生不利的影响。

三、如何有效的解决断路器的故障问题

本文中，笔者主要从断电器的绝缘方面、结构方面以及二次回路方面这三个部分来具体阐述解决断路器故障的有效措施。

1、绝缘方面

在500KV变电站中，高压断路器的绝缘性能是较差的，只要内部的荷电因子发生移动，就会给断路器的外壳带来放电现象，间接就会引起断路器的故障。究其主要原因在于，安装断路器设备的时候，对设备零件的清洁度不够，使得灰尘堆积，经过机器的运转，掉落于电磁场区域，引起断路器内部放电。要想解决这一难题，首先就要定期对断路器的外部及内部装置作清理工作，在清理工作完毕的基础上，本文案例中托电公司则采取的是增加增爬裙刷PRTV涂料的方法来增加高压断路器外部装置的绝缘性能，这是一种切实可行的方法。

2、结构方面

在500KV变电站中所用的断路器主要有两种不同类型的结构：气动型与液压型。在本文案例中托电公司则对所使用的断路器结构作了统一规定，规定全体500kv的升压站都采用的是SF6断路器。这种SF6断路器是典型的气动型断路器，其是利用SF6气体为绝缘介质和灭弧介质的无油化开关设备。其所具备的绝缘性能与灭弧性能都远远的大于液压型断路器。但是其所需的设备使用费用较高，托电公司对其设备管理与维护成本每年也在逐步增长。

3、二次回路方面

在500KV变电站断路器中，二次回路方面的故障问题是最难以解决的，因为其产生故障的范围广，几率大。从科学角度来说，继电保护装置的性能受损、灰尘进入装置内部、回路闸线圈受损等都会导致二次回路故障的产生。要想判断该断路器是否发生二次回路故障，就要检测其是否产生了误动与拒动等不良的反应与现象。针对此问题，笔者建议工作人员在安装断路器的过程中，加强对于回路质量的控制与管理，确保构成元件的安全性能。在实际运行过程中，也要定期的做好对于零部件的维修与保养工作，为断路器的运行提供一个安全可靠的环境。

四、结语

现如今，社会城市化进程的发展，工业化水平的提高以及居民用电需求的增加，都离不开电力系统的重要作用，而500KV交流变电站作为电网系统的重要枢纽之一，其安全的性能对于整个电网系统来说是至关重要的。因此，工作人员就要从日常的工作中加强对于断路器的质量监管，仔细做好有关断路器绝缘方面，结构方面以及二次回路方面的保护工作，在发生故障时应第一时间排查故障原因，并积极的采取科学的措施去解决故障问题。

参考文献：

[1]谢志武.500kV交流变电站综自改造探索与研究[D].华南理工大学，2012-05-01.

[2]韩鹏.西电东送两广断面500kV交流线路高压并联电抗器运行方式研究[D].华南理工大学，2012-05-01.

[3]文斌.变电站线路断路器雷电侵入波故障分析与防治[D].华北电力大学，2012-12-01.