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我国高压开关设备现状及故障统计分析 |
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1/23/2006 11:14:00 AM
中国机械资讯网
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一、前言
近十年来，我国电力系统向大电网、大机组、超高压、大容量方 向迅猛发展，设备更新速度加快。引进国外高压开关设备和制造技术， 提高了我国高压开关设备的运行水平和制造水平。7.2～12kV电压等 级的真空开关设备，126kV及以上电压等级的SF6 开关设备（包括 GIS），己成为电力系统的首选设备，技术进步极大改变了高压开关设备的面貌。当前我国正在进行的三峡工程建设、大规模的城乡电网建设与改造以及跨大区电网的形成，对高压开关设备提出了更高的要求，为我国的高压开关制造业提供了难得的发展机遇，也必将促进电力系统运行水平的进一步提高。
二、基本情况
至1997年底，全国电力系统运行的7.2～550kV电压等级断路器 共229965台，电力系统高压开关装用量统计见表1。1989～1997年 高压开关年平均增长率为7.46％。因尚有若干省未报齐1998年统计数据，按年平均增长率推算，至1998年底，全国电力系统高压开关 装用量已达25万台。与1989年的13万台相比，十年间增加了12万台，将近翻了一番。其中增长最快的是550kV电压等级，比1989年增长了近两倍。除40.5kV和 72.6kV两个电压等级外，12kV、126kV、 252kV和 363kV电压等级的高压开关装用量均比 1989年增长了一倍左右。
各电压等级高压开关的装用比例，以550kV装用量为 1，550kV∶ 363kV∶ 252kV∶ 126kV∶ 72.5kV∶ 40.5kV∶ 12kV为 1∶ 0.51∶ 16.53∶ 44.91∶8.16∶63.91∶277.11。
高压开关装用量超过万台的省有11个，它们是：江苏23243台、 广东19327台、湖北15658台、华北14252台、上海13626台、东北 11587台、山西 11364台、浙江11301台、山东 11051台、四川 10673 台、河南 10036台。
中压方面运行断路器的格局正在从以少油、多油断路器为主向真空和SF6断路器转化。据国内 184个企业的统计数据，1997年12kV 断路器共生产72517台。其中真空断路器49928台，占总产量的 68.85％。SF6断路器6460台，占总产量的8.91％。40.5kV断路器共生产6961台。其中真空断路器2274台，占总产量的32.67％。SF6 断路器1766台，占总产量的25.37％。全系统运行的真空断路器在12kV 已约占该电压等级断路器总数的20％，个别沿海省市已超过50％。
高压、超高压方面正由空气、少油断路器为主转向SF6 开关设备。 1997年国内制造的 363kV和 550kV电压等级产品已 100％为 SF6开关 设备。252kV电压等级SF6开关设备占该电压等级断路器总产量的 83.73％，126kV电压等级为56.10％，72.5kV电压等级为48.39%。至 1997年底，全国电力系统252kV电压等级及以上SF6断路器及GIS已 装用4880台，占全部运行断路器10143台的48％。其中550kV共575 台，其中GIS 127间隔， SF6设备占100％。 363kV共280台，其中GIS 25间隔，SF6设备占96.89％，只有4台KW4型断路器在甘肃，5台SW4 型断路器在陕西运行。 252kV共4025台，其中GIS 260间隔，SF6设 备占43.38％。华北、上海、江苏、湖南、福建和广东252kV电压等级的SF6开关设备己超过50％。
近年来，国产SF6开关设备在电力系统SF6 设备中所占比例逐年增多，至1997年底，363kV电压等级国产设备己超过50%，252kV已接近70%，我国SF6开关设备的制造能力有了长足的进展。 1989-1997年全国电力系统共发生高压开关设备事故1500次， 障碍3304次。十年来，随着电力系统高压开关设备装用量大幅度上升，事故率呈稳中有降的可喜态势。自1994年以后，事故率连年下降到0.1台次／百台·年以下。1997年全国全年事故次数为121次，事故率为0.053台次／百台·年，比 1989年的0.114台次／百台·年下降了53.5％，达到历史最好水平。高压开关障碍率呈波动状态，下降不甚明显。1997年全国全年障碍次数为409次，障碍率为0.224台次／百台·年，电力系统高压开关运行水平有了很大提高。
三、故障统计
1.事故统计
1989～1997年发生的1500次事故中，按电压等级分类，12kV909 次，占 60.6％。40.5kV290次，占19.33％。72.5kV4次，占0.27％。126kV180 次，占 12％。252kV91次，占 6.08％。 363kVll2次，占0.74%。550kV15 次，占1％（见表5）。 按事故类型分，拒分事故340次，占22.67％。拒合事故97次，占6.48％。开断与关合事故136次，占9.07％。绝缘事故532次，占 35.47％。误动事故105次，占7.02％。载流事故119次，占7.95％。 外力及其它事故171次，占11.43％。绝缘事故和拒分事故最为突出， 占到全部事故的近60％。
在各类事故中，126kV和252kV误动事故、 126kV拒合事故超过了产品装用量大得多的7.2－12kV同类事故，应予重视。7.2～12kV断路器事故主要发生在SN10系列断路器及其开关柜上，共发生697次，占该电压等级总事故的77％。1995年以后，真空断路器事故有所上升。40.skV断路器事故多发生在户外多油断路器上，主要是绝缘事故。126kV断路器事故主要发生在少油断路器上，共发生125次，占该电压等级总事故的70％。其中 SW3和SW6型事故较多。 252kV断路器事故中SW6及SW2型较多。1995年以后，SF6断路器事故超过少油断路器。1989～1997年事故责任分布见表6，制造质量责任共584次，占38.9％，为第一位，其次是检修责任。
2.障碍统计（略）
四、故障原因分析
1989～1997年事故障碍合计 4632次（障碍按有效次数 3132次统计）。
1.拒、误动故障
1989～1997年共发生拒分、拒合、误动故障1820次，其中拒分901次，是主要故障。 拒、误动故障中因操动机构及传动系统机械故障784次，占此类故障的43.08％。具体原因有机构卡涩，部件变形、位移、损坏，分合闸铁芯松动卡涩，轴销松断，脱扣失灵等。造成机械故障的原因主要是制造质量及安装、调试、检修问题。 拒、误动故障中因电气控制和辅助回路造成的有429次，占23.5％。原因为二次接线、辅助开关、操作电源、合闸接触器、微动开关故障及分合闸线圈绕损、保险丝断等。表现为二次线接触不良、 端子松动、接线错误、分合闸线圈因机械卡涩或转换开关不良烧损、辅助开关切换不灵等。
2.开断与关合故障
1989～1997年共发生开断与关合故障212次。主要故障集中在 7.2～12kV电压等级上，SN10－10II型最多。主要原因为喷油短路、灭弧室烧损、开断能力不足、关合时爆炸等。近年来，真空断路器开断关合故障上升，已达19次，应引起注意。
3.绝缘故障
1989～1997年共发生绝缘故障839次。其中外绝缘对地闪络击穿326次，内绝缘对地闪络击穿108次，相间绝缘闪络击穿53次，雷电过电压引起闪络击穿56次，瓷瓶套管、电容套管闪络、污闪、 击穿、爆炸214次，提升杆闪络25次，CT闪络、击穿、爆炸20次，瓷瓶断裂12次，其它绝缘故障25次。
4.载流故障
1989～1997年共发生载流故障225次。触头接触不良过热、烧毁、脱落143次，占63.56％。7.2～12kV电压等级发生的载流故障主 要原因是开关柜隔离插头接触不良过热、触头烧融以至引弧烧毁开关柜，甚至发展为"火烧连营"事故。
5.外力及其它故障
1989～1997年共发生外力及其它故障1536次，绝大多数为障碍， 有1365次。故障中252kV、126kV电压等级最多，反映了这两个电压等级存在事故隐患，严重威胁运行安全。其中液压机构漏油、气动机构漏气、断路器本体漏油漏气共795次，部件损坏451次，打压频繁75次，自然灾害31次，小动物短路74次，短路电动力损坏10次，瓷瓶断裂10次，异物撞击5次，其它原因85次。漏气的泄漏点多在管路接头，压力表接头、套管法兰等处。漏油点主要在工作缸、阀系统、压力表接头、管路接头等处。主要原因为密封圈老化、损坏，管路、阀体清洁度差，接头及装配质量不良等。部件损坏主要有阀体、密封件、油泵柱塞、传动机构部件脱焊、断裂等。这类问题中的国产 液压机构渗漏油是运行中的老大难问题，长期未得到很好地解决。
6.真空断路器故障
1989～1997年真空断路器共发生事故75次，故障97次，且主要发生在近两年。其中绝缘事故32次，为主要事故。与其它类型断路器比，真空断路器出现的开断关合事故亦不容忽视。问题主要反映在灭弧室上，灭弧室及波纹管漏气，真空度降低是主要原因。此外切电容器组重燃，陶瓷管破裂仍时有发生。目前，真空断路器型号繁杂，生产厂家众多，产品质量分散性很大，给用户选型和运行造成很大困难。近年来，真空断路器作为实现开关无油化的替代产品在电力系统得到大量推广使用，对其存在的问题更应该得到重视和解决。
7.SF6开关设备故障
1989～1997年12～126kV电压等级SF6开关设备共发生事故51次，障碍142次。252kV电压等级及以上SF6开关设备共发生事故54次，障碍299次。SF6开关设备主要用于126kV电压等级及以上电力系统，运行水平对系统安全影响极大。近两年出现问题较多。共性问题有：漏气、水份超标等。支柱式断路器问题有：灭弧室爆炸，绝缘拉杆脱落、断裂、击穿，水平拉杆断销等。绝缘杆拉脱问题发生了多起，东北550kV断路器发现11根拉杆松动。山西神头二电厂发生拉杆事故后，检查中发现另一柱拉杆也破裂，再检查其它断路器又发现3根拉杆有4处严重缺陷。为此，北京、天津和山西都在252、550kV断路器上进行了更换拉杆的工作。拉杆脱落往往造成重大事故，必须重视。罐式断路器和GIS的问题有：因异物或零件脱落发生内闪、盘式绝缘子击穿等。近年发生的几起GIS重大事故表明，提高产品装配环境的清洁度和严格工艺过程控制对设备的安全运行是至关重要的。
8.隔离开关故障
隔离开关长期存在的触头接触不良、过热烧融、瓷瓶断裂和机构卡涩等问题每年各省都有上报，当前问题仍很严重。
五、典型事故分析
现列举近年几起事故，希望引起各方面的重视并引以为戒。
1.北京安定变500－SFMT－50型SF6落地罐式断路器多次故障
自1994年投运共发生7次故障，其中的4次为：
1996年7月19日，大雨。5023断路器C相母线侧套管因出现雨帘发生闪络。瓷套、上均压环、下法兰产生严重烧痕。原因：瓷裙相邻伞间最小距离、伞间距与伞伸出比不符合标准。
1996年9月15日，因罐内存有异物造成5041断路器A相内闪。
1996年11月22日，5011断路器C相因运行中发现有异常响声，解体后发现主变侧合闸电阻触头杆与连板联接处圆柱销脱落至罐底。
1996年12月11日，返厂检修的5041断路器A相现场安装前检查，发现罐内有一条M3X1O螺栓及一垫圈。
2.山西神头二电厂HPL500T32A型断路器提升杆断裂事故。
1996年8月25日，5022断路器A相南侧两断口爆炸。检查发现A相I柱提升杆断，A相II柱第2节金属接头破裂，拉杆拉脱，使开关操作不到位导致爆炸。机组推迟并网14h13min，损失电量710.8万kWh。造成神大线掉闸，停运3h48min，少送电133万kWh。
3.山东邹县电厂FX－32DL型550kVSF6断路器爆炸
1997年1月11日，＃3机升压并网，当电压升高至约为额定电压的2／3时，5012断路器B相在分闸状态突然爆炸，爆炸物呈粉碎性，瓷套全部炸碎。事故主要原因为灭弧室下触头引弧环脱落，引弧环己被外力撞击成4块。
4.山西南社变LW2－220型SF6断路器爆炸
1997年10月27日，在"运行转冷备用"操作中，引起232开关B相灭弧室爆炸。灭弧室爆炸时炽热的瓷瓶碎片飞出70多米，高温喷溅物使整个252kV架构区草坪起火燃烧。相邻设备（234，232A、 C，235，230开关，CT刀闸，南母PT等）瓷套被打坏。事故原因：灭弧室开断失败。
5.北京太阳宫变250－SFMT－40型GIS事故
1998年11月18日，＃2变压器A相断路器及电流互感器室母线侧盆式绝缘于沿面放电，造成保护跳闸。在进行拉开母联开关刀闸，合接地刀时（＃2变压器由备用转检修），由于断路器刀闸机构连杆轴销脱落，刀闸机构动作后，刀闸机构箱指示"分闸"，而刀闸仍在合闸位置，造成三相短路接地。事故影响重要用户及居民用电负荷十几万kWh。事故后检查，几乎所有的轴销弹簧均严重锈蚀，有些已部分脱落。大部分螺栓、螺丝也已锈蚀。现场解体发现，不仅盆式绝缘子沿面闪络迹象严重，而且在盆式绝缘子的非事故侧发现一个4X4mm金属屑。刀闸连杆轴销脱落是因弹簧挡圈材质有问题，产生锈蚀、断裂，盆式绝缘子沿面闪络是因异物产生多次放电造成。
6.上海天宝变、杨树浦电厂ZF3－110型GIS事故
1998年11月24日，上海天宝变在恢复线路送电中，由于C相线路侧接地刀静触头位移，对筒壁间络。造成GIS本体烧损、一台220kV18万kVA变压器C相中压线圈击穿。事故原因：造成事故部位的两端并帽螺丝松动、并帽螺丝上漏装支头定位销，导致C相母线连同线路侧接地刀静触头一起转动位移，造成闪络放电事故。
1998年12月11日，上海杨树浦电厂使用1997年制造的GIS在运行中发生B相接地。B相主触头烧毁，造成一台12.5万kW发电机组停运8天。事故原因：线路侧接地刀气室内吸附剂盒中金属丝网袋掉落，引发接地刀静触头对简壁放电，造成事故。
扼要评述我国电力系统高压开关设备十年运行状况可以看出，我国在高压开关设备领域电力系统的运行水平和国产设备的制造能力正在逐年提高。同时，通过事故分析也看到了问题和不足。让我们电力系统用户和制造厂携起手来，相互支持，瞄准世界先进水平，大力推进国产高压开关设备新技术的研究和应用进程，为我国经济实力的强大加速努力。
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