在大规模的电网建设和改造中,加大设备改造力度,提高设备技术性能,是保障电网安全运行的有效手段。2015年内蒙古电力(集团)有限责任公司(以下简称内蒙古电力公司)的重点工作之一是加大对网内老旧变压器和断路器的改造力度,更换存在家族性缺陷的断路器、开关柜、隔离开关以及存在严重缺陷的变电站监控系统、继电保护等设备。本文通过对2014年内蒙古电网SF₆断路器的运行缺陷进行分析,为断路器的运行、维护、更换工作提供数据依据,以便消除断路器缺陷,合理规划断路器状态检修周期,确保断路器安全运行。 1 内蒙古电网SF₆断路器运行概况

截至2014年年底,内蒙古电网在运断路器数量为12 713台,其中,500 kV断路器224台,220 kV断路器1265台,110 kV断路器2246台。110 kV及以上电压等级的断路器中有3668台为SF₆断路器,占110 kV及以上电压等级断路器数量的98.2%。内蒙古电网在运的SF₆断路器涉及国内、外73家制造厂商,几百种型号;在运行中出现的设备缺陷种类比较繁杂。近5 a新增和更换的断路器数量为2000多台,且正以每年400余台的速度增长。因此规范生产信息管理系统中断路器缺陷信息记录,加强对SF₆断路器的运行管理,提高SF₆断路器消缺率成为目前亟须解决的问题。 2 内蒙古电网SF₆断路器运行缺陷分析

2014年内蒙古电网110 kV及以上电压等级SF₆断路器发生缺陷274台次,占全网一次设备缺陷发生数量的9.8%,占同期断路器缺陷数量的60%,所占比例较高。根据内蒙古电力公司《输变电设备状态检修试验规程》《SF₆断路器评价导则(110~500 kV)》^{[1, 2]}和《高压开关设备运行管理规范》^[3]要求,对内蒙古电网生产信息管理系统中SF₆断路器缺陷数据进行统计,从SF₆断路器的缺陷部件、制造厂商、电压等级、缺陷检修类型、运行年限5个方面进行分析,研究SF₆断路器缺陷的产生原因,根据分析结果提出指导性建议,可进一步提高断路器的检修质量,为SF₆断路器的检修工作提供可靠的技术支持。 2.1 按照缺陷部件分析 2.1.1 SF₆断路器缺陷部件统计

2014年,SF₆断路器发生缺陷的部件主要为本体、操动机构、基础和接地装置,其中,本体包括导电、绝缘、灭弧设备。

SF₆断路器缺陷部件主要为本体和操动机构,本体和操动机构缺陷数量占断路器缺陷总数的98.9%(统计情况见表 1)。

表1(Table 1)

表 1 2014年SF6断路器发生缺陷的部件统计结果

表 1 2014年SF6断路器发生缺陷的部件统计结果

SF₆断路器本体缺陷统计情况见表 2所示。在本体缺陷中,气体低压闭锁(报警)缺陷占断路器本体缺陷数量的76.8%。该类缺陷发生的原因是由于断路器本体密封不严导致漏气,本体密封不严可能的原因有设备本身焊接件质量不过关、铸件表面有砂眼、管路连接处不严密、密封圈老化或密封部位的螺栓螺纹松动。其次是压力表漏油或外观受损,发生14次,占本体缺陷数量的9.8%,其主要原因是压力表的制造工艺不良,密封不严以及设备材质达不到规范要求等。接头发热缺陷最少,仅占本体缺陷数量的2.8%,多是由于过负荷、接触不良等原因造成。其他缺陷数量虽然占比较大,但是没有明确的缺陷部位和缺陷描述,且对设备运行暂不造成影响。

表2(Table 2)

表 2 SF6断路器本体缺陷统计

表 2 SF6断路器本体缺陷统计

断路器操动机构类型分为气动机构、弹簧机构、液压机构和液压弹簧操作机构。全网110 kV及以上电压等级气动机构断路器194台,弹簧机构断路器3139台,液压机构断路器237台,液压弹簧机构断路器98台。在2014年统计的SF₆断路器操动机构缺陷中,气动机构缺陷数量占比较大,为43.4%;液压机构缺陷数量占30.2%;其余为弹簧机构缺陷,为26.4%。由于操动机构气路、油路系统密封不良引起的漏气、漏油缺陷数量最多,占SF₆断路器操动机构缺陷总数的38.7%,液压机构连接管路和接头密封件老化、损坏造成渗漏油的缺陷发生较频繁;其次为气动和液压机构打压频繁缺陷,发生21次,占16.3%,尤其是LW13-500型断路器配置的气动机构漏气、打压频繁、空压系统逆止阀/排水阀损坏等缺陷数量较多;第三位为加热系统异常,发生18次,占比14.0%;这3类缺陷约占SF₆断路器机构缺陷总数的69%,统计结果见表 3所示。

表3(Table 3)

表 3 SF6断路器操动机构缺陷统计结果

表 3 SF6断路器操动机构缺陷统计结果

通过对SF₆断路器缺陷部件的统计分析,提出如下运行建议。

(1) 根据缺陷部件统计结果显示,操动机构缺陷发生率已经接近本体缺陷发生率,建议加强对操作机构的巡查,记录相关问题,实施改进措施,避免发生重大事故。

(2) 分析操动机构缺陷可以看出,在内蒙古地区,SF₆断路器操动机构采用弹簧机构要优于液压和气动机构。建议更换或采购SF₆断路器时,优先采用配置弹簧操动机构的断路器。在对断路器进行改造的过程中,应着重于液压机构的密封改造和渗漏治理;对于气动机构,侧重于阀体改造和漏气治理,对密封性能的要求应尤为严格。

(3) 由于本体密封不良引起的气体泄漏缺陷率较高,建议各供电企业在常规巡检中应加强对SF₆断路器设备密封的监督检查和运行维护,及时或定期更换老化部件,且尽快配备SF₆气体红外成像检漏仪等先进的气体检漏设备,提高气体泄漏缺陷查找、现场缺陷定位能力以及渗漏类缺陷处理质量,降低危急缺陷发生频率,确保电网安全运行。

(4) 针对每种缺陷,生产人员不能只进行简单的上报、维修^{[4, 5, 6, 7, 8]},而应分析操动机构的类型,了解其结构原理,查找缺陷发生的根本原因,加强对类似设备维护记录的定期总结,分析缺陷类型是属于设备缺陷还是运行维护问题,并针对相关原因采取相应措施。2.2 按照断路器制造厂商分析 2.2.1 SF₆断路器制造厂商概况

内蒙古电网在运SF₆断路器涉及制造厂商共73家。2014年发生缺陷的断路器制造厂商主要有8家,且目前这8家厂商的SF₆断路器在内蒙古电网的在运数量占比较大,为26.4%^[9]。2.2.2 制造厂商性质

统计发生缺陷的SF₆断路器制造厂商,发现在110 kV及以上电压等级的断路器中,国产SF₆断路器的缺陷率(国产缺陷设备占在运国产设备的比率)较高,为8.6%,其中,500 kV SF₆断路器缺陷率最高,达32.4%(统计结果见表 4)。分析原因具体如下。

表4(Table 4)

表 4 按照断路器制造厂商性质统计缺陷结果

表 4 按照断路器制造厂商性质统计缺陷结果

(1) 国产设备较多,且各制造厂商的生产技术参差不齐,造成部分设备具有家族性缺陷。例如某高压开关厂的SF₆断路器运行不到1 a出现了机构箱漏雨缺陷,且国内其他地区安装的该型号断路器也出现了同样的缺陷,疑为家族性缺陷。

(2) 虽然国内多数SF₆断路器制造厂商的设备生产工艺比较先进,但生产材料、加工精度、生产环境等各项技术指标与国外企业仍有差距,这也是造成设备产生缺陷的原因之一。2.2.3 运行建议

通过分析发生缺陷的SF₆断路器制造厂商情况,对后期断路器安全生产运行提出如下建议。

(1) 针对部分厂商由于市场竞争已经倒闭或被其他大型企业兼并的情况,建议在采购SF₆断路器时应尽量选择信誉好、技术成熟的大型制造厂商的产品,同时便于后期设备维修维护和备品备件的购置,加强对SF₆断路器的选型、订货、安装调试、验收及投运的全过程管理。

(2) 统计分析设备存在的家族性缺陷,针对某些制造厂商的SF₆断路器主要缺陷为密封类缺陷问题,建议制造厂商根据断路器所在地域的特点,配备合适的密封配件。

(3) 对于同类型的设备,应与厂商进行设备制造工艺的沟通,同时按照《防止电力生产事故的二十五项重点要求》^[10]加强SF₆断路器驻厂监造工作,保证设备出厂前完成厂内200次的机械特性操作试验。2.3 按照电压等级分析

2014年500 kV SF₆断路器的缺陷占在运SF₆断路器缺陷数量的24.7%,比例最高,其中,严重缺陷占42%,统计结果见表 5。对此应加强对高电压等级SF₆断路器的运行巡检,严格按照内蒙古电力公司《输变电设备试验规程》进行SF₆断路器的例行试验,提高设备运行的监督能力和故障的预判能力,避免大故障的发生,同时降低设备的缺陷率。

表5(Table 5)

表 5 按照电压等级统计SF6断路器缺陷结果

表 5 按照电压等级统计SF6断路器缺陷结果

2014年实施A类检修的SF₆断路器有4台,全部为SF₆断路器危急缺陷,占全年危急缺陷的8.5%,而110 kV及以上电压等级的SF₆断路器数量仅占一次设备总量的1.0%;实施B类检修的断路器有26台,占全年一次设备缺陷的9.5%;实施C类检修的断路器有81台,占全年一次设备缺陷的30%;其他属于D类检修。

根据断路器缺陷检修类型分析结果,建议各供电企业应该严格按照内蒙古电力公司《输变电设备状态检修导则》^[11]合理安排设备检修,如:对于运行年限达到16 a的断路器合理安排A类检修,彻底更换密封件,避免渗漏类缺陷重复发生。 2.5 按照运行年限分析

对比2014年发生缺陷的SF₆断路器数量与在运SF6断路器数量发现,运行6~10 a的断路器缺陷发生率最高,为44.9%,其次为运行5 a以下的断路器缺陷发生率为30.3%,运行11~20 a的断路器缺陷率为26.6%。若考虑不同运行年限内断路器投运数量的话,运行6~10 a的断路器缺陷发生率明显高于运行5 a以下的断路器。随着运行时间的增加,SF₆断路器的缺陷率也在上升,因此应加强对老旧设备的检测、巡查、日常检查和维护,避免设备发生事故。

根据统计数据,运行5 a以下的断路器发生危急缺陷12台次,其中,9台次为某公司生产的SF₆断路器;发生严重缺陷50台次,其中,25台次也为该公司生产的SF₆断路器。建议对该制造厂商的SF₆断路器进行跟踪记录,以分析其存在的家族性缺陷。3 结论与建议 3.1 结论

根据内蒙古电网生产信息管理系统的SF₆断路器缺陷记录,对2014年274台SF₆断路器运行情况进行分析,得出如下结论:

(1) SF₆断路器本体密封不良引起的气体泄漏缺陷率较高,造成气体低压闭锁(报警)问题。采用弹簧操动机构的SF₆断路器缺陷率最低。

(2) 国产SF₆断路器缺陷率较高的主要原因是制造厂商的生产设备工艺不够精准。

(3) 高电压等级、运行年限在6~10 a的SF₆断路器的缺陷比例最高。SF₆断路器危急缺陷(实施A类检修)占全年危急缺陷数量的8.5%,比例较大。3.2 建议

按照内蒙古电网输变电设备运行管理要求提出如下建议。

(1) 对于采用弹簧操动机构的SF₆断路器,由于现场设备维护量小,建议优先选择该种操动机构。在迎峰度夏期间,应加强对气体检漏率的盘查和记录,特别是年泄漏率指标超标的设备应提前处理,提高气体泄漏缺陷处理质量。

(2) 对运行分析中发现的各相关厂商设备问题,需要继续进行数据的积累和信息的跟踪分析,以便形成不同厂商设备的家族性缺陷的汇总信息。

(3) 严格执行内蒙古电力公司《输变电设备状态检修试验规程》的例行试验要求,规范开展断路器全项例行试验,特别是断路器时间特性试验。对于运行年限长的设备及早发现设备隐患,合理安排设备检修。