1 前言
近十余年來(lái),隨著我國(guó)500kV輸電線路的出現(xiàn)和發(fā)展,以SF6氣體作為絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)的SF6壓氣式斷路器得到了廣泛的應(yīng)用,SF6斷路器的制造也得到快速發(fā)展。目前我國(guó)72.5kV及以上系統(tǒng),SF6斷路器已經(jīng)取代了少油和壓縮空氣斷路器。SF6斷路器之所以受到運(yùn)行部門的歡迎,關(guān)鍵在于其優(yōu)異的絕緣性能和開斷、關(guān)合性能,尤其是其少維護(hù)性更適合運(yùn)行部門的需要。多年的運(yùn)行實(shí)踐表明,SF6斷路器本體部分的少維護(hù)性或者免維護(hù)性確實(shí)大大超過(guò)了傳統(tǒng)的少油和空氣斷路器,但是操動(dòng)機(jī)構(gòu)部分的運(yùn)行可靠性目前還很難令人滿意,甚至可以說(shuō)距運(yùn)行部門的要求還很遠(yuǎn)。國(guó)內(nèi)外的故障統(tǒng)計(jì)表明,壓氣式SF6斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行可靠性一直是影響斷路器整體可靠性的關(guān)鍵。如果說(shuō),由于少油斷路器本體的多維護(hù)性使得操動(dòng)機(jī)構(gòu)的重要性顯得還不太突出的話,那么SF6斷路器要達(dá)到預(yù)期的少維護(hù)或者免維護(hù)的指標(biāo),其操動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行可靠性必須要得到根本的改進(jìn)。因此,如何提高SF6斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和質(zhì)量,使其與本體相匹配而達(dá)到要求的少維護(hù)性已成為世界性的課題。
本文對(duì)我國(guó)電力系統(tǒng)1989~1997年間110、220、330kV和500kVSF6斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)部分的故障進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),分析了不同型式操動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn),并介紹了SF6斷路器開斷原理的變化和發(fā)展過(guò)程,旨在引起SF6開關(guān)制造廠對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的重視。改善和提高操動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行可靠性已迫在眉睫!
2 1989~1997年全國(guó)電力系統(tǒng)110kV及以上SF6斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)部分的故障情況
1989~1997年全國(guó)電力系統(tǒng)110、220、330kV和500kVSF6斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)部分的故障統(tǒng)計(jì)見(jiàn)附表。應(yīng)該說(shuō)明,操動(dòng)機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)部分:一是機(jī)構(gòu)傳動(dòng)部分,包括儲(chǔ)能系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng);二是包括控制機(jī)械部分進(jìn)行分合閘操作和機(jī)構(gòu)正常運(yùn)行的控制和輔助回路,如接線端子、接觸器、分合閘線圈、微動(dòng)開關(guān)、密度繼電器、壓力表、安全閥等二次元件,簡(jiǎn)稱二次部分。
上述的故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議對(duì)1978~1991年投運(yùn)的22個(gè)國(guó)家的66kV及以上壓氣式SF6斷路器進(jìn)行的可靠性調(diào)查數(shù)據(jù)基本吻合。國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議對(duì)70708臺(tái)年斷路器故障的統(tǒng)計(jì)結(jié)果是:因操動(dòng)機(jī)構(gòu)故障(包括主要失效和次要失效)占全部故障的64.8%,其中操動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械故障占全部故障3769次的43.8%,二次部分故障占全部故障的21%。我國(guó)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)是:因操動(dòng)機(jī)構(gòu)故障(事故和障礙)占全部故障的66.4%,其中機(jī)構(gòu)故障(包括液壓和氣動(dòng)機(jī)構(gòu)滲漏)占全部故障的55%,二次部分故障只占全部故障的11.4%[1、2]。二者的主要差別是國(guó)產(chǎn)SF6斷路器的液壓機(jī)構(gòu)滲漏油故障所占比重較大。比如:國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議統(tǒng)計(jì)的次要失效中,液壓機(jī)構(gòu)的滲漏油大約占30%,而國(guó)產(chǎn)SF6斷路器液壓機(jī)構(gòu)的滲漏油要占80%。因此,要提高SF6斷路器的運(yùn)行可靠性,首先必須提高操動(dòng)機(jī)構(gòu)及其二次部分的運(yùn)行可靠性,這是國(guó)內(nèi)外制造廠家的共同目標(biāo),而對(duì)國(guó)產(chǎn)SF6斷路器,重點(diǎn)應(yīng)是盡快解決液壓機(jī)構(gòu)的滲漏問(wèn)題。
3 改善和提高國(guó)產(chǎn)SF6斷路器液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行可靠性是當(dāng)務(wù)之急
根據(jù)1988~1995年全國(guó)電力系統(tǒng)500kVSF6斷路器的故障統(tǒng)計(jì),因制造質(zhì)量共引發(fā)37次故障,其中國(guó)產(chǎn)斷路器為20次,占54%,但國(guó)產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)量只占14%[3]。在對(duì)1989~1997年全國(guó)電力系統(tǒng)110kV及以上SF6斷路器的故障統(tǒng)計(jì)中,共發(fā)生操動(dòng)機(jī)構(gòu)故障304次,國(guó)產(chǎn)斷路器為249次,占82%,國(guó)產(chǎn)SF6斷路器的平均占有量至1997年底為66%。在統(tǒng)計(jì)的169次液壓機(jī)構(gòu)滲漏故障中,國(guó)產(chǎn)設(shè)備為147次,占87%;在總共70次機(jī)械傳動(dòng)部件故障中,國(guó)產(chǎn)設(shè)備為62次,占88.6%[4]。實(shí)際上,國(guó)產(chǎn)SF6斷路器的液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)在安裝調(diào)試中,或在運(yùn)行過(guò)程中還發(fā)生過(guò)大量的滲漏油和部件損壞缺陷,但并未統(tǒng)計(jì)在故障中。上述一系列統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)說(shuō)明,國(guó)產(chǎn)SF6斷路器與進(jìn)口產(chǎn)品的質(zhì)量水平還有一定的差距,尤其是在操動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行可靠性上仍有較大的差距。因此,解決國(guó)產(chǎn)SF6斷路器液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的滲漏和傳動(dòng)部件的質(zhì)量問(wèn)題是當(dāng)務(wù)之急,因?yàn)樗呀?jīng)成為采用國(guó)產(chǎn)SF6斷路器的最大障礙。否則除了價(jià)格優(yōu)勢(shì)外,將很難與進(jìn)口設(shè)備進(jìn)行市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),對(duì)此希望國(guó)內(nèi)的SF6斷路器生產(chǎn)廠要有清醒的認(rèn)識(shí)。
國(guó)產(chǎn)SF6斷路器用液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的滲漏問(wèn)題始終困擾著運(yùn)行部門,而長(zhǎng)期以來(lái)制造部門雖有改進(jìn)但并未很好地解決這一難題,其運(yùn)行可靠性很難滿足SF6斷路器的要求。應(yīng)該承認(rèn),生產(chǎn)壓力在30MPa左右的液壓機(jī)構(gòu),要保證其在使用中不發(fā)生高壓油或氮?dú)獾臐B漏是很難做到的。因此,目前世界上沒(méi)有不發(fā)生液壓機(jī)構(gòu)滲漏的產(chǎn)品,因?yàn)榭赡軐?dǎo)致滲漏的環(huán)節(jié)和因素實(shí)在太多。例如,在我國(guó)電力系統(tǒng)中運(yùn)行的ABB公司的ELKSP和ELFSL、西門子公司的3AS5、MG公司的FA和DHB、阿爾斯通公司的FX32D和富士公司的BAK等產(chǎn)品的液壓機(jī)構(gòu)均發(fā)生過(guò)滲漏故障。據(jù)華東電管局的統(tǒng)計(jì),華東500kV電網(wǎng)中,西門子公司3AS5型斷路器的液壓機(jī)構(gòu)發(fā)生滲漏缺陷占其故障總數(shù)的27%,ABB公司ELFSL7-4型液壓機(jī)構(gòu)滲漏占其故障總數(shù)的40%,MG公司DHB型液壓機(jī)構(gòu)滲漏占其故障總數(shù)的44%。這些數(shù)字說(shuō)明,就是國(guó)際名牌大公司生產(chǎn)的液壓機(jī)構(gòu),其主要故障仍是滲漏,但是同國(guó)產(chǎn)液壓機(jī)構(gòu)相比,無(wú)論是發(fā)生滲漏的幾率、頻率或程度則要低得多。
造成國(guó)產(chǎn)液壓機(jī)構(gòu)頻繁發(fā)生滲漏和部件損壞的主要原因,除元器件的設(shè)計(jì)、材質(zhì)、加工工藝和精度、密封件質(zhì)量、清潔度和裝配質(zhì)量等方面存在不同問(wèn)題外,關(guān)鍵是工廠的全面質(zhì)量管理和質(zhì)量控制仍不夠嚴(yán)謹(jǐn),質(zhì)量意識(shí)還有待提高,尤其是對(duì)出廠產(chǎn)品質(zhì)量的控制不夠嚴(yán)格。目前我國(guó)各制造廠對(duì)液壓機(jī)構(gòu)的滲漏幾乎習(xí)以為常,往往是忙于堵漏和現(xiàn)場(chǎng)搶修,而不是很好地研究發(fā)生滲漏的原因和規(guī)律,采取措施防漏。改進(jìn)和提高液壓機(jī)構(gòu)的質(zhì)量和運(yùn)行可靠性是提高國(guó)產(chǎn)SF6斷路器質(zhì)量水平和運(yùn)行可靠性的關(guān)鍵。