电网检修中高压开关设备的状态诊断分析

PAGEI西安交通大学网络教育学院论文PAGE2电网检修中高压开关设备的状态诊断分析摘要 随着电力系统的不断发展,对电的需求不断增加，而高压开关设备在电力系统的控制和保护中意义重大,其稳定性影响电力系统的安全运行。高压开关设备是控制电网的断开与闭合，输送电力负荷，转换电路，以及断开故障设备和故障线路，从而保证电力系统安全稳定运行的关键设备。在实际电力系统运行过程中，高压开关柜数量庞大，故障原因多样，造成了维护成本大，周期长等一系列问题，运营和维护成本已经成为电力系统中最基本和最主要的成本之一，所以进行状态检测，诊断和维修，实现科学化管理，是对生产，生活用电稳定，以及获得最佳经济效益的最好途径。本文对高压开关中各主要元器件的进行原理介绍，状态诊断，以及案例进行了系统分析。关键词：SF6断路器、真空断路器、弹簧操动机构、液压操动机构目录TOC\o"1-2"\h\u32381摘要 I270021．绪论 3114821.1国内外研究现状 370711.2本文主要研究工作 348172．高压断路器的状态诊断分析 4225752.1SF6断路器状态诊断分析 4263442.2真空断路器的状态诊断分析

6161792.3本章小结 815683．弹簧操动机构状态诊断分析 927228

3.1弹簧操动机构原理概述 9228663.2弹簧操动机构常见故障状态诊断分析 995693.3本章小结 11293284．液压操动机构状态诊断分析

12169914.1液压操动机构原理概述 1227034.2液压操动机构常见故障状态诊断分析 12128234.3本章小结 1316355隔离开关的状态诊断分析

1518575.1GN19-10型隔离开关原理概述 15123075.2GN19-10常见故障状态诊断分析 1513555.3本章小结

16247806总结与展望 1777406.1总结和实例运用 1745476.2展望 188345参考文献： 19

1．绪论1.1国内外研究现状高压开关状态分析技术在国内起步时间较晚，由于高压开关状态的好坏，对电力及整个电网系统的安全运行有着至关重要的影响。因此，对高压开关进行状态检测是十分有必要的。目前用于评估断路器状态主要采用两种方法:一、跳闸线圈轮廓法，二、振动监测法。振动监测法是通用的方法，而跳闸线圈轮廓法则是通过分析断路器动作时，通过跳闸/闭合线圈里的电流波形来，进行分析诊断断路器的状态信息。因为当断路器处于不同状态时，会产生不同的电流波形。对机械部分的检测监测主要还是通过断路器开合状态的不同，根据异常确定方向，然后进一步对机械部分进行详细的检测分析。1.2本文主要研究工作本文研究的主要工作是对高压开关的各个部分分别进行状态诊断分析，其中包括断路器，弹簧操动机构，液压操动机构，隔离开关，当然高压开关系统是一个复杂系统，不仅仅包含这些元器件，本文分析这些元器件的原因在于：这些元器件为高压开关的重要组成部分，且在故障方面有代表性和重复性，对于此类故障进行系统的研究和分析，将使我们在处理和诊断高压开关问题上事半功倍。本文对高压开关的断路器主要从：SF6断路器和真空断路器这两大类去分析，从它们的结构，原理，常见故障，状态检测，以及如何维修方面进行了全面的解析，通过实际案例，讲解了其具体的应用。同时对高压开关的其他机械部分进行了分别进行了状态诊断分析，分析了各个机械部分的原理及构造，常见问题、对应这些常见问题的状态检测，及相应的处理方法进行了详细描述。通过本文的研究，对高压开关状态诊断分析有初步的认识，在电网检修中，能快速准确的排查常见的高压开关故障，降低维护成本，从而是电网电力安全稳定，高效的运行。

高压断路器的状态诊断分析2.1SF6断路器状态诊断分析

2.1.1SF6断路器原理概述

SF6断路器利用压缩的SF6气体作为绝缘介质进行灭弧，利用电弧产生SF6压缩气体，吹灭电弧。用以斩断故障电流、额定电流、同时可实现转换线路，对高压输变电线路起到控制作用和保护作用。SF6断路器内经常充满了3~5个大气压的SF6气体作为断路器的内绝缘介质，在断路器断开的过程中，由动触头带动活塞压气，以形成用来吹熄电弧的气流。SF6断路器灭弧室的基本结构由动触头，绝缘喷嘴、压气活塞结合在一起，通过操作机构操纵绝缘连杆。动触头采用插座式，定触头采用管形，动、定触头的端部都镶有铜钨合金。绝缘喷嘴聚四氟乙烯制成，其优点在于该材料耐高温、耐腐蚀的特点。开关进行合闸时，操作机构操纵动触头、喷嘴和活塞运动，使定触头插入动触头座内，达到合闸的目的。开关分闸时，动触头和活塞一起运动。触头分开后产生电弧，活塞迅速移动时压缩SF6气体，产生气流通过喷嘴，快速将电弧吹灭。随后灭弧室内的气体从定触头内孔和冷却器排入开关本体内。2.1.2SF6断路器常见故障状态诊断分析2.1.2.1SF6断路器诊断异常现象的主要特性（1）绝缘特性在电晕发生时，会出现重叠于运行电压工频上的高频，而气体断路器的内部和外部都有产生这种高频分量的部位，所以为了提高S/N比(信噪比)而要监视以工频为基准的相位角，每9*间隔(1/40周期)内的电晕强度。（2）开/关特性因为断路器要突发地、而且间歇地完成电力系统的开/关任务，所以要特别监视脱扣(开)控制电流的通电时间是否在设定值之内。（3）温度特性主触头的异常温升，主要由负载电流和接触电阻乘积的发热决定，要监视该部位的箱体外壳温度升高的状况。2.1.2.2SF6断路器诊断异常现象的主要特性检测方法（1）绝缘特性的检测1.采用检测流人壳体接地线的高频电辇电流的“接地电流测量法”，其原理如图X所示。2.由气休断路器内部放电产生的高频电晕电流，会流人壳体的接地线。通过传感器检测该电流，用滤波器消除干扰后，进行输出信号的判别处理。3.除局部放电之外的各种外部干扰所产生的电流也会流人接地线，所以要利用传感器的特性和滤波器，尽量消除那些外部放电。（2）开关特性的检测1.采用检测断开、投人时的控制电流并测量通电时间的“控制电流通过时间测量法".其原理见图X。2.断开时间表示从线圈励磁到主接点“开”为止的时间，但如主触点动作有异常，则用连杆机构与主触点作机械联接的操动机构部分的开关动作就会产生迟滞征兆，同时开关时间特性起变化，所以通过监视控制电流的通电时间，就能够检测主触点及操动机构部分的开关特性。3.为防止控制电流失真等产生误测，设有时标时间。(3)温度特性1.采用比较2个以L:测量点温度以检测异常过热的“外壳温度测量法”、其原理见图X。2.将1个温度传感器依次装在各相相同位置的测量点上,测量的温度信号通过温度传感器输出测量温度及同相的导体连接部分外壳温度差。2.1.2.3SF6断路器诊断异常现象诊断根据各特性的测量值，能够推测判断气体断路器内部的局部放电、迟滞和过热等异常。(1)绝缘特性测量工频各相位内的电晕发生次数，诊断有无异常。(2)开关特性开操作时间与前次测量值相比，有大约8ms以上的变化时，诊断为某种异常。(3)温度特性各相之间有8℃左右温度时，可判定内部异常过热150~200C。2.2真空断路器的状态诊断分析

2.2.1真空断路器原理概述

真空断路器中的触头断开过程中，触头产生的金属蒸气使触头间产生电弧。由于在真空环境下，除金属蒸汽外不存在导电介质，当电流零值，电弧熄灭。除了一些特殊情况，电弧熄灭后，残存的金属蒸汽继续向外扩散，在电流过零值后很短时间内便没有多少金属蒸气，立刻恢复到“真空”状态，使触头之间的因金属粒子产生的击穿电压迅速恢复,使触头间介质击穿电压大于触头间电压，不再导电，电弧彻底消失。真空断路器工作原理与其他断路器相比结构上无太大区别，例如SF6和真空断路器，区别仅在灭弧介质为SF6气体和真空环境的区别，但真空断路器的动静触头间距要远低于其他断路器。2.2.2真空断路器常见故障状态诊断分析2.2.2.1真空断路器诊断依据及方法真空断路器的灭弧室本身就是免维护设备，当出现失去真空度或触头烧蚀过重失去开断电流能力时，只能进行灭弧室更换不能修复。所以，真空断路器状态的判别应对灭弧室的现行状态进行判别和操动机构进行维修判别。（1）操动机构现有操动机构寿命是靠操作次数累计方法来考核，这将对实际运动特性的变化考核不很全面.判别操动是否已产生磨损和机械参数有无变化可通过行程时间曲线判别。在判别中首先应获得好的运动曲线，由于此开距时间曲线可以获得速度，加速度等机械参数，所以可以评估机构的动作特性，然后在大修时测运动曲线看变化情况来确定是否需要维修。（2）真空灭弧室破坏判别对真空度进行测量时需要在不操作状态下进行，即在真空断路器离线大修或小修时进行真空度测量。考虑到在真空断路器运行期问测量真空度问题，即检测出有缺陷的真空灭弧室，这就要求评估燃弧时间。在三相系统中正常开断的暂态过程见图。如果一个灭弧室丧失真空度如B相，那么就不能熄弧。但一般来说。装有一个有缺陷的真空灭弧室的三相断路器仍能进行开断。必须区分下列情况:(1)有缺陷的灭弧室不是第一个熄弧。在这种情况下，完好的灭弧室将开断电流。从外观看，很难区分与三个完好的灭弧室的差异。(2)有缺陷的灭弧室首先过零,有缺陷的灭弧室会发生重燃。其它灭弧室承担开断任务，第三相灭弧室出现一定的电流中断。有缺陷灭弧室的电弧同时熄灭，但总的燃弧时间要长些。(3)单相接地短路故障,有缺陷的灭弧室相发生接地短路故障，也不会发生断路,有很长的燃弧时间。诊断方法和结线如图由于诊断方法仅仅能辨别出首先熄弧的有缺陷的灭弧室，因此我们可以断定一次开断中检测概率为33%，这不算高，但一般来讲，带有一个缺陷灭弧室的三相断路器可以开断电流，故而也需要在每年大修时测量真空度，对开关的直流电阻测试进行测试，与之前数据进行比较，如果发现阻值异常应及时更换，避免故障，检验真空泡是否漏气，最常用的方法是对端口进行工频耐压试验。(户内真空断路器可以断开负荷时，观察真空泡颜色淡蓝色，状态良好，暗红色应及时更换。2.3本章小结断路器时高压开关中的核心部分，如今我国断路器的发展迅速且稳定可靠，尤其是真空断路器，被越来越广泛的使用，所以其维护和检修是非常重要的，在日常的维护工作中应严格按照维护项目进行检查,仔细检查断路器的各项性能,确保断路器的正常运行,从而使电网的安全稳定运行。

弹簧操动机构状态诊断分析

3.1弹簧操动机构原理概述高压断路器弹簧机构实现断路器的快速开断和关合,操动机构直接决定断路器分合闸速度等关键性能指标，其性能的好坏会对断路器的安全造成直接影响。目前弹簧操动机构型机构主要由4个功能单元组成:驭动机构单元、储能机构单元、脱扣器单元和电气控制单元。（1）驭动机构单元：驱动断路器的运动。本单元的功能主要有两个方面：一、完成合闸动作：合闸并锁扣二、完成分闸动作：分闸并脱扣。（2）储能机构单元：采用齿轮减速机构。可以通过电动或人共完成储能，具有防复位和机械离合功能。该单元的作用是:完成储能到合闸准备。(3)脱扣器单元：通过脱扣器脱扣动作分闸动作。(4)电气控制单元：主要功能涵盖三个方面内容：控制转换开关、控制行程开关、控制端子排等。断路器合闸过程弹簧操动机构的运作：储能>合闸准备>合闸>合闸保持(锁扣)。断路器分闸过程：脱口器脱口，断路器其分闸，完成分闸动作。任何一个动作的异常，断路器的合、分操作都将受到影响。3.2弹簧操动机构常见故障状态诊断分析3.2.1拒合故障状态诊断分析3.2.1.1拒合原因判断步骤（1）用控制开关再次进行合闸，排除拒绝合闸是操作失误引起的。（2）如果再次合闸失败，则需检查电气回路状态，检查内容包括:控制合闸的电源是否存在电压不足，无电等问题;控制回路熔断器、接触器的触点是否正常接触。同时需排查在分闸状态下，转换开关状态，行程开关是否动作是否异常，合闸状态下，控制合闸动作的动铁芯是否正常工作。（3）电气回路无异常，则说明为机械系统问题。（4）手动进行合闸操作正常，考虑电气系统故障。经以上检测来大致判断是机械故障还是电器故障。3.2.1.2电气方面故障原因分析及处理（1）用万用表检查控制回路电压，判断是否因为操动电压过低，操动电压应不低于额定电压的80%。（2）合闸线圈过载，用万用表测合闸电磁铁线圈的阻值,如电阻过大，将考虑更换合闸电磁铁线圈。（3）行程开关触点接触故障。根据控制电路原理图，用万用表检杳行程开关触点接触情况，如果发现故障，则对其及时更换。（4）辅助开关常闭触点接触故障。当接触故障或接触不良时，将会使合闸线圈上无电压或电压过低，此时断路器将无法闭合。检查辅助开关各个触点的闭合情况，如果发现故障，则对其及时更换。3.2.1.3机械方面故障原因分析及处理（1）合闸电磁铁的动铁心动作时出现卡顿。观察合闸电磁铁的动铁芯动作，如有异常需将合闸电磁铁拆下，进行清洗或更换。（2）将五防闭锁装置调整至检修状态，观察闭锁顶板和分闸连杆，如果卡住，则造成分闸掣子未扣入，此现象将造成合闸同时脱扣，造成合闸失败。（3）电机烧坏，合闸弹簧未储能。用万用表测量电机，如电机工作电压正常，但电机合闸弹簧未能储能，则考虑合闸电机故障，可更换电机。3.2.2拒合故障状态诊断分析当高压开关设备所控制的电路或电气设备发生故障时，断路器拒动,可能会导致越级跳闸，引发大面积停电故障。3.2.2.1拒分原因判断步骤（1）用控制开关再次进行分闸，排除拒绝分闸是操作失误引起的。（2）如果再次分闸失败，则需检查电气回路状态，排查方向:分闸闸控制电源;分闸铁芯动作是否存在异常。（3）电气回路无异常，则说明为机械系统问题。（4）手动进行合闸操作正常，考虑电气系统故障。经以上检查可初步判断是电气方面还是机械方面的故障。3.2.2.2电气方面故障原因分析及处理（1）分闸线圈端电压不足。用万用表测量分闸线圈端电压，如果分闸电压不足，可考虑调节电源，使电压满足规程要求。（2）辅助开关的常开触点，行程开关的触点接触故障。检查分闸控制回路中辅助开关.常开触点，如果存在接触故障，将会使分闸线圈动作电压不足，造成断路器拒分。可采用更换接触点的方法。（3）分闸线圈过载老化，用万用表测分闸电磁铁线圈的电阻，电阻过大证明其已经老化，可更换分闸线圈。3.2.2.3机械方面故障原因分析及处理（1）分闸电磁铁的动铁心动作时出现卡顿。观察分闸电磁铁的动铁芯动作，如有异常需将分闸电磁铁拆下，进行清洗或更换。（2）分闸滚子、分闸掣子转动轴转动困难。处理方法:对表面有凹凸现象及裂痕的部件进行更换;对分闸滚子及分闸掣子转动轴进行清洗、加油。

3.3本章小结在所有高压开关事故中，弹簧操动装置故障占很重要的比例。因此,通过高压开关故障的分析,在日常的维护工作中应严格按照维护项目进行检查,仔细检查弹簧操动装置的各项性能,对存在的故障应及时消除，确保断路器的正常运行，保护电网安全。

液压操动机构状态诊断分析

4.1液压操动机构原理概述液压操动机构的理论依据为：因为液体无法压缩,故使用液压油作为介质,驱动液压则采用压缩氮气。断路器分、合闸操作是利用电气系统控制，借助压缩气体的压力使高压油进入工作缸内进行动作，具其优点在于功率高，噪声小，可靠性高，维护方便。目前液压操动机构的使用越来越广泛。4.2液压操动机构常见故障状态诊断分析4.2.1油泵启动频繁故障状态诊断分析4.2.1.1油泵启动频繁故障状态诊断液压机构操动机构主要有:储能元件:包含电动机、油泵、储压器等驱动元件。控制元件：分合闸阀,分合闸电磁铁。辅助元件：主要为显示液压操动机构状态的元件：包含压力开关、压力表等)电气回路及机箱液压管路组成。从液压机构组成元件分析,油泵启动频繁故障原因主要有以下几个方面，需重点排查：1.储能元件：油泵的工作是否异常2.控制元件：分合闸阀门动作是否异常3.辅助元件：压力开关动作，压力表显示是否异常、4.管路：管路是否有渗漏情况及液压油是否污染。4.2.1.2油泵启动频繁故障状态处理方法检查液压机构管路有无液压油渗漏情况,发现渗漏时应对渗漏部位检查检修。油箱内部异物与锈蚀检查，油路堵塞将造成液压油无法进入工作缸，故而持续启动，应保证液压油清洁和缸体及油路通畅无锈蚀。检查高压放油阀关闭后的密封情况,密封异常会产生泄压声音，可对高压放油阀拆下检修。4.2.2油泵打压超时故障状态诊断分析4.2.2.1油泵打压超时故障状态分析油泵打压储能时，储能时间在正常状态下应3分钟。油泵打压时间过长,可电机持续运转将有烧坏可能。还有一种状态，油泵持续打压,会使机构压力过高.影响安全运行。除油泵因素外，各级阀系统发生严重的渗漏也会造成持续打压，例如:放油阀、控制阀关闭不严，,油路不通;油泵低压侧存在气体阻碍液压油进入。4.2.2.2油泵打压超时故障状态处理方法正常启动油泵开始打压,压力值无法升高时，需高压放油阀密闭性，如果高压放油阀密闭性良好则才需要检测油泵状态。检查方法：触摸油泵,油泵发热,说明油泵驱动存在问题，需对油泵检修或更换新油泵。如油泵无明显故障，则可检查微动开关。排除油泵故障时，需检查油泵停止微动开关动作是否正常。4.2.3油泵不能自动打压故障状态诊断分析4.2.3.1油泵不能自动打压故障状态分析油泵不能自动打压原因有：储能电源故障。油泵控制回路接触不良或电压不足。接触线圈回路故障、中间继电器、时间继电器等接点松动，无法正常传递信号电压。电动机损坏。4.2.3.2油泵不能自动打压故障状态处理方法检查或更换油泵停止微动开关。检查操作机构预压力,预压力超过标准时,应解体检修储压器。检修或更换有故障的接触器。调整油泵启动、停止压力值。压力表显示异常，更换压力表。4.3本章小结在所有高压开关事故中，液压操动机构与占比较低，可靠性较好，但是在日常的维护工作中也应严格按照维护项目进行检查,仔细检查液压操动机构的各项性能,对存在的故障应及时消除，确保断路器的正常运行，保护电网安全。

隔离开关的状态诊断分析

5.1GN19-10型隔离开关原理概述高压隔离开关，在电力系统中的作用是在检修时用于做安全措施，行程明显断点。

5.2GN19-10常见故障状态诊断分析5.2.1GN19-10常见故障状态隔离开关的常见故障5.2.1.1高压隔离开关操作机构不可靠操作机构箱密封性能，由于工作环境恶略，长期经受日晒雨淋，橡胶圈密封性能下降易进水，再加上排潮和通风性有限，机构箱中的各个电气控制元件易发故障。如：接触器，转换开关，端子排等最易受气影响。5.2.1.2隔离开关拒分(合)故障拒分(合)故障是隔离开关常见的故障，由于传动机构动作时发生卡顿，其最可能的原因为：生锈导致动静触头摩擦力增加。5.2.1.3控制回路故障二次控制回路故障在隔离开关的控制回路故障占有重要比重：1.直流回路控制接地故障、交流回路控制发生短路。2.微动开关接触不良。5.2.2GN19-10常见故障状态隔离开关的常见5.2.2.1隔离开关拒分(合)故障诊断分析(1)传动部件卡涩及锈蚀，对各部位进行清洗和润滑，更换损坏严重的部件。(2)动静触头摩擦力过大，将动静触头用汽油进行清洗，调整动静触头接触位置，使其达到最佳状态。5.2.2.2控制回路故障诊断分析(1)直流回路控制接地故障、交流回路控制发生短路。大部分情况下是由于老化进水防潮等问题产生的断路和短路，需仔细排查控制回路是否存在老化，生锈，接触点松动等情况。(2)微动开关接触不良，排查各个部分的励磁线圈，电源的工作情况，如果不是励磁线圈电机等问题产生的故障，则首先需要怀疑微动开关的接