浅谈SF6断路器故障原因分析

陈基荣

摘 要： SF6断路器是电力系统中重要的电气设备之一，它使用数量多、范围广，应用在电力系统的各种电压等级中。SF6断路器具有工作电流大、体积小、重量轻、绝缘性能优良等优点，尽管SF6断路器存在诸多优点，仍然会有一些隐形的、较难预见的故障问题，如SF6气体漏气现象等。因此，必须通过有效诊断方法检测，保障 SF6 断路器运行质量，才能更好地维护电网系统运行的稳定性及安全性，以保证整个电网的安全平稳运行。

关键词： SF6断路器；故障；检测

1 SF6断路器的故障分析

1.1 SF6断路器常见故障

1.1.1拒动和误动故障及危害

断路器的拒动是拒分和拒合的统称，是指分闸或合闸信号发出后，断路器未进行相应动作的现象。断路器的误动是指断路器在没有得到操作指令时发生分闸或合闸动作，或是断路器的动作与要求的操作指令不一致。对于既没有控制保护装置发出动作信号，也没有人为操作的情况下，断路器自行分闸，也称为“偷跳”。造成断路器拒动或误动的原因既有断路器机械方面的原因，也有电气方面的原因，有时还有继电保护方面的原因。

1.1.2绝缘故障及危害

从电力系统统计数据中可以看出，高压断路器发生绝缘故障是除了SF6气体泄漏和机械故障之外最多的故障类型。绝缘故障的主要形式有外绝缘对地闪络击穿，内绝缘对地闪络击穿，相间绝缘闪络击穿，雷电过电压引起的闪络击穿，绝缘拉杆闪络，瓷套管、电容套管闪络，断路器内部闪络等。其中，内部绝缘故障、外绝缘和瓷套闪络故障发生次数相对较多。

1.2故障原因分析

1.2.1 拒动和误动故障原因分析

拒动和误动主要为机械原因及电气原因，断路器拒动的机械原因主要由生产制造、安装调试、检修等环节引发。据国家电网公司统计，因操动机构及其传动系统机械故障而导致的断路器拒动，占到了断路器拒动故降的65%以上。电气原因具体的故障表现有分合闸铁芯卡涩或线圈烧毁、辅助开关故障、二次接线故障、分闸回路电阻烧毁、操作电源故障、闭锁继电器故障等。

1.2.2 绝缘故障原因分析

绝缘故障主要分为内绝缘故障及外绝缘故障，内部绝缘故障大多发生在罐式断路器内以及绝缘拉杆上，主要原因有以下几种： （1）断路器的内部金属异物导致的放电故障、绝缘件沿面发生的闪络故障、断路器内部存在悬浮电位导致的放电故障、绝缘件设计缺陷或工艺不良导致的放电故障。外绝缘故障主要表现为断路器瓷套外绝缘闪络，主要表现为瓷套的外绝缘爬电比距和外形尺寸不符合标准要求、瓷套的制造质量存在缺陷、所处地区环境污秽状况超出原设计表面污秽耐受水平。

2 SF6断路器的诊断方法的探讨

2.1主回路电阻测量

在合闸状态下，测量进、出线之间的主回路电阻，测量电流可取100A到额定电流之间的任一值。若接地开关导电杆与外壳不能绝缘分隔时，可先测量导体外壳的并联电阻R0和外壳的直流电阻R1，然后按下式换算

2.2断口间并联电容器电容量和介质损耗因数

长期的高温作用会加速绝缘的老化过程，直至损坏绝缘。因此，介质损耗的大小是衡量电容型设备绝缘水平的一项重要指标。

2.3 交流耐压试验

工频耐压试验能有效地发现一些被试品的局部缺陷，更好的模拟被试品在实际运行中承受过电压的情况。交流电压对检查自由导电微粒等杂质比较敏感。

2.4 例行检查和试验

例行检查和测试是一种预防性措施，检查断路器额定操作电压下测试时间特性，机械特性检查、轴、销、锁扣和机械传动部件检查、操动机构外观检查、分、合闸线圈电阻检测等是否完好。

2.5 SF6断路器分解及化学检测方法

在设备正常运行条件下，SF6不与金属材料和有机固体材料发生反应，但在电弧放电作用下会发生化学分解反应，SF6气体分解产物的检测项目有： SO2、H2S、CO和CF4的含量检测，通过纯度分析方法及其中微量水分的检测方法，可以检测SF6斷路器的隐患故障。

3 实例分析

现以一个SF6断路器为试验进行分析，某变电站某110kV开关间隔遭受雷击后重合闸，外观无异常，但该断路器A相电流明显高于B、C相电流；于是建议该局试验班人员进行试验检查，试验项目内容包括：绝缘电阻、回路电阻、动作特性、交流耐压试验等，为了检测该开关内部是否存在发生电弧故障的因素，还对该断路器的开关进行SF6气体成分测试。该间隔的断路器型号为3AP1FG，厂家杭州SIEMENS，2010年投产运行的。

该局对该断路器间隔的开关试验结果如下：

1）开关绝缘电阻（连CT）

A相23.7G，B相16.9G，C相18.1G

2）开关动作特性（出产报告要求合闸65ms，分闸18ms）

A相：合闸60.3ms，分闸17.2ms

B相：合闸60.9ms，分闸17.2ms

C相：合闸59.6ms，分闸17.5ms

合闸同期：1.3ms 分闸同期：0.3ms

3）开关断口交流耐压试验

80kV、1min，通过

4）开关SF6气体成分测试

A相：SO2 4.14l/L，H2S 3.17l/L

B相：SO2 0l/L，H2S 0l/L

C相：SO2 0l/L，H2S 0l/L

电力设备预防性试验规程规定，SO2 不大于3l/L，H2S不大于2 l/L，如今 A相开关SF6气体成分测试已大于参考值，需要引起测试人员的关注。

5） 开关回路电阻（试验规程建议测量值规定不大于制造厂规定值的120%）

采用苏州翰东电气有限公司生产的回路电阻测试仪3次重复测试数据见表4-7.

通过上述表格数据可以看出，该数据有以下特征：

（1）A相数值畸变大，高达一千多，远高于正常电阻。

（2）三次测试的A相测试结果相差很大，极不稳定，数据重复性差。

（3）A相与其他两相之间的测试值相差也很大。

（4）A相与以往测试值相比增加明显。

通过测试数据也可以判断出断路器A相绝缘良好，开关动作特性符合规程要求，但是A相开关出现了SF6气体成分超标及回路电阻过大的异常情况，于是在厂家的指导下进行解体分析，发现该断路器存在以下特征：（1）A相触头有少量黑色粉末，触头表面存在毛刺、花毛等现象；（2）动触头有电弧烧灼的痕迹。

4 总结

高压断路器是电力系统中重要的电气设备之一，它使用数量多、范围广，应用在电力系统的各种电压等级中。因此，它是否具有优良的性能，直接影响到电力系统的稳定和安全运行，在经济效益和社会效益方面具有非常重要的意义。

参考文献

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[2] 胡雨龙， 陈伟根， 孙才新. SF6气体中微水含量模拟在线监测初探[J]. 高电压技术， 2002.

[3] 文学， 唐炬， 孙才新. 高压断路器机械特性的在线监测[J]. 高电压技术， 1997.endprint