董德勇 王肖

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考慮線圈疲勞因素的高壓開關(guān)柜無法電動分合閘故障處理方法

董德勇1王肖2

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變電站高壓開關(guān)柜無法電動分合閘是開關(guān)柜設(shè)備的常見故障。傳統(tǒng)處理該故障的方法是檢查控制回路有無斷線、短路以及機械機構(gòu)有無明顯卡澀，并做相應(yīng)的處理。但是傳統(tǒng)處理方法不能根本解決分合閘線圈因老化疲勞但未斷線、短路導(dǎo)致的開關(guān)柜無法電動分合閘故障。本文首先分析了傳統(tǒng)處理開關(guān)柜無法電動分合故障的思路及不足；考慮到傳統(tǒng)處理開關(guān)柜無法電動分合故障時忽視了分合閘線圈疲勞因素，給出針對分合閘線圈老化疲勞因素導(dǎo)致開關(guān)柜無法電動故障的處理方法。該方法依據(jù)特定故障現(xiàn)象及相應(yīng)試驗數(shù)據(jù)確定線圈疲勞因素，完善了開關(guān)柜無法電動故障的處理方法。最后，應(yīng)用某變電站一起實際事故處理案例，驗證了該方法的有效性。

開關(guān)柜；故障處理；機構(gòu)卡澀；線圈疲勞

0 引言

高壓開關(guān)柜是以斷路器為主，集成隔離開關(guān)、接地開關(guān)、互感器、套管、母線、絕緣子以及避雷器為一體的電氣設(shè)備。作為電力系統(tǒng)中接受和分配電能的裝置，廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)35kV及以下系統(tǒng)。

根據(jù)電網(wǎng)運行需要，開關(guān)柜會頻繁進(jìn)行分合操作。開關(guān)柜的可靠分合對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行起著重要作用。長期運行的開關(guān)柜由于制造工藝以及運行環(huán)境因素會出現(xiàn)各類故障，影響其分合操作。無法電動分合閘是開關(guān)柜設(shè)備極其常見的一類故障。此類故障一般是由控制回路斷線或短路以及機械機構(gòu)卡澀兩類因素引起。傳統(tǒng)處理此類故障的方法是：先檢查控制回路，若回路存在斷線或短路，則處理斷線或短路故障點；然后檢查傳動機構(gòu)，若有卡澀則處理其卡澀部位，使其操作傳動良好。但是，控制回路未斷線短路條件下，分合閘線圈因長期使用發(fā)生老化銹蝕疲勞也將會導(dǎo)致開關(guān)柜無法電動分合閘故障，而傳統(tǒng)處理此類故障的思路未將分合閘線圈疲勞因素考慮在內(nèi)。因此，對于因分合閘線圈疲勞因素導(dǎo)致的開關(guān)柜無法電動分合故障，該傳統(tǒng)處理方法將不能根本解決問題。為更好地完善開關(guān)柜無法電動分合操作的處理方法，本文首先理論上分析了傳統(tǒng)處理開關(guān)柜無法電動分合故障存在的不足；提出了針對分合閘線圈疲勞因素導(dǎo)致開關(guān)柜無法電動故障的處理方法。該方法依據(jù)特定故障現(xiàn)象及相應(yīng)的試驗確定分合閘線圈是否疲勞，完善了開關(guān)柜無法電動分合故障的處理方法。最后，應(yīng)用某變電站一起電容器開關(guān)柜無法電動合閘故障處理案例，驗證了該方法的有效性。

1 開關(guān)柜無法電動分合閘故障傳統(tǒng)處理方法及不足

1.1 開關(guān)柜無法電動分合閘故障傳統(tǒng)處理方法

導(dǎo)致開關(guān)柜無法電動分合的因素一般有三類，前兩類因素及處理方法較為常見，第三類因為故障現(xiàn)象不是特別明顯，容易被忽視。

第一類：控制回路斷線或短路。開關(guān)柜因分合閘線圈燒壞、回路接線松動以及回路元件損壞均會導(dǎo)致控制回路斷線，使開關(guān)無法正常分合。此類因素故障現(xiàn)象較為明顯，開關(guān)柜會發(fā)出控制回路斷線報警信號。處理方法是依據(jù)接線圖紙對各回路進(jìn)行排查，找出故障點并處理使控制回路導(dǎo)通即可。控制回路短路情況較少，主要是回路接點短接或絕緣破壞。

第二類：機構(gòu)卡澀。機構(gòu)卡澀分為嚴(yán)重卡澀和微卡澀。手車傳動機構(gòu)的連桿變形、分合閘彈簧疲勞等原因會造成機構(gòu)的嚴(yán)重卡澀，需要更換相應(yīng)的零部件才能解決卡澀問題。設(shè)備由于長期運行缺少潤滑、積灰等原因會造成機構(gòu)的微卡澀，清潔一下機構(gòu)，多分合幾次即可解決此類微卡澀問題。

第三類：分合閘線圈老化疲勞。分合閘線圈由于自身制造質(zhì)量問題，長時間使用發(fā)生老化、銹蝕、疲勞，電阻變大，通電后分合閘線圈雖然吸合，但其動作瞬間頂力不夠，導(dǎo)致開關(guān)電動分合有時成功有時不成功，無法保證每次都能可靠分合閘。但此類現(xiàn)象的傳統(tǒng)處理方法是：先手動分合幾次手車開關(guān)，然后電動試驗幾次，若成功分合，即視為問題解決；若分合不成功，則視為機構(gòu)卡澀問題，更換或潤滑機構(gòu)。

電動操作手車開關(guān)時，因為機構(gòu)卡澀嚴(yán)重經(jīng)常使開關(guān)不能成功分合閘，分合不成功導(dǎo)致輔助開關(guān)無法切換，從而無法斷開分合閘回路，使分合閘線圈一直得電燒壞；或者操作電源空開因回路電流過大跳開控制回路，此時線圈不被燒掉。因此，當(dāng)開關(guān)柜發(fā)生無法電動分合閘故障時，可能是上述各類因素共同導(dǎo)致的，也可能是上述因素單獨導(dǎo)致的。故現(xiàn)場處理開關(guān)柜無法電動分合閘故障的傳統(tǒng)方法思路如下。

步驟一：先查看有無控制回路斷線的報警信號。若有報警信號執(zhí)行步驟二，無報警信號則執(zhí)行步驟三。

步驟二：若有報警信號，則排查控制回路的斷點，一般斷點在分合閘線圈處居多，然后處理斷點使控制回路導(dǎo)通；若控制回路斷線是分合閘線圈燒斷引起的，線圈燒斷一般由機構(gòu)卡澀引起，則應(yīng)繼續(xù)檢查機構(gòu)卡澀問題，對機構(gòu)進(jìn)行潤滑清理或者更換。

步驟三：若無控制回路斷線報警信號，則可以排除控制回路斷線問題，此時應(yīng)注意檢查操作電源動作情況。若送上操作電源就立刻跳開則執(zhí)行步驟四；若送上操作電源不立刻跳開，進(jìn)行電動分合時操作電源才跳開，則執(zhí)行步驟五。

步驟四：若合上操作電源就立刻跳開，則說明控制回路存在短路，依據(jù)圖紙排查短路故障點。

步驟五：若送上操作電源不立刻跳開，進(jìn)行電動分合時操作電源才跳開，則說明電動分合時，分合閘回路因分合閘線圈長時間帶電產(chǎn)生過電流導(dǎo)致操作電源跳開。此情況一般由機構(gòu)卡澀引起，故應(yīng)檢查傳動機構(gòu)卡澀問題，依據(jù)實際情況，清理潤滑或者更換機構(gòu)零部件，使其傳動良好。

1.2 開關(guān)柜無法電動分合閘故障傳統(tǒng)處理方法的不足

依據(jù)上述分析可知，傳統(tǒng)處理開關(guān)柜無法電動分合閘故障的方法只考慮到了第一類與第二類因素，忽略了第三類因素造成的無法電動分合閘故障情況。若因分合閘線圈長期使用發(fā)生老化、銹蝕、疲勞，影響其動作性能，導(dǎo)致分合閘回路通電后分合閘不成功，控制電源空開因回路過電流跳掉。依據(jù)傳統(tǒng)思路方法來處理此類故障，則歸結(jié)為步驟五進(jìn)行電動分合時跳空開現(xiàn)象，然后歸因于機構(gòu)卡澀問題，檢查傳動機構(gòu)無嚴(yán)重卡澀，則歸因于機構(gòu)的微卡澀問題，手動多次分合并潤滑清理傳動機構(gòu)，然后進(jìn)行電動分合一般均可成功分合閘，則視為問題解決。但是，此開關(guān)柜運行一段時間后，很可能會再次出現(xiàn)無法成功電動分合閘情況。

現(xiàn)場長期運行的開關(guān)柜發(fā)生無法電動分合閘故障時，經(jīng)常出現(xiàn)經(jīng)檢修人員現(xiàn)場手動分合幾次后，電動即可成功分合的情況。但是，運行一段時間后，此開關(guān)柜再次出現(xiàn)無法電動分合閘的情況。對于此類問題，現(xiàn)場檢修只保證當(dāng)時能夠電動分合就認(rèn)為解決問題了，沒有深入剖析原因，不能根本解決此類問題。經(jīng)多次現(xiàn)場處理、分析及實驗驗證發(fā)現(xiàn)，此現(xiàn)象主要由兩類原因?qū)е隆Ｒ皇羌儥C構(gòu)的卡澀，開關(guān)柜傳動機構(gòu)復(fù)雜，因制造工藝偏差、頻繁操作以及長期運行生銹積灰等，難免某傳動連接處會一時卡澀，正常電動分合閘時，分合閘線圈頂力不足以使傳動機構(gòu)動作。此時，手動分合幾次，傳動機構(gòu)經(jīng)幾次磨合后恢復(fù)正常，電動可成功分合閘，對機構(gòu)進(jìn)行清洗潤滑或者更換可根本解決此類問題。二是分合閘線圈疲勞與機構(gòu)微卡澀共同作用，其中線圈疲勞為主導(dǎo)作用，機構(gòu)微卡澀作用微小。由于開關(guān)柜長期運行，機構(gòu)表面潤滑油干枯、銹蝕積灰，相對于新設(shè)備而言，難免會出現(xiàn)相對的微卡澀現(xiàn)象，但此類現(xiàn)象屬于正?，F(xiàn)象，開關(guān)柜設(shè)計時已將此情況考慮在內(nèi)，通常條件下不會影響正常的分合閘。但分合閘線圈長期使用，容易老化、銹蝕、疲勞，其電阻變大，得電后電流變小，產(chǎn)生的磁力變小，動作瞬間頂力減小，影響最低動作電壓以及分合閘時間等性能參數(shù)，外加機構(gòu)不可避免地微卡澀現(xiàn)場，導(dǎo)致電動有時無法成功分合閘。但經(jīng)手動分合多次后，機構(gòu)傳動零部件相互多次磨合，微卡澀現(xiàn)象消失，分合閘線圈雖頂力不足，因機構(gòu)足夠潤滑，通?？梢猿晒謴?fù)電動分合閘。但此時，機構(gòu)的最低動作電壓等性能參數(shù)已經(jīng)接近或超過開關(guān)柜相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的邊緣值；運行一段時間之后，會再次出現(xiàn)無法成功電動分合現(xiàn)象。若分合閘線圈完好，未發(fā)生疲勞老化現(xiàn)象，則在機構(gòu)正常的微卡澀條件下，依然可以成功分合，且各個項性能參數(shù)符合要求。故線圈疲勞是導(dǎo)致此現(xiàn)象的主要原因，只有更換相應(yīng)的分合閘線圈才能徹底解決此問題。

2 針對線圈疲勞因素導(dǎo)致的開關(guān)柜無法電動故障處理方法

由上述分析可知，若無控制回路斷線報警信號，且送上開關(guān)柜操作電源空開不跳，電動分合閘時才跳控制電源空開，此時應(yīng)增加考慮線圈疲勞因素。即在傳統(tǒng)處理開關(guān)柜無法電動故障的步驟五中增加考慮并處理分合閘線圈疲勞因素引起的無法電動分合閘故障，以此來完善高壓開關(guān)柜無法電動分合閘故障處理方法。以下給出了判斷并處理分合閘線圈因疲勞因素導(dǎo)致無法電動分合故障的方法流程：

1）依據(jù)特定現(xiàn)象判斷需要考慮分合閘線圈疲勞因素。若控制回路無斷線信號，控制電源空開正常不跳，電動分閘或合閘不成功，且跳控制電源空開；潤滑傳動機構(gòu)，經(jīng)手動分合多次后，可成功進(jìn)行電動分合。則懷疑為分合閘線圈疲勞。

2）試驗判定。一是做開關(guān)柜機械特性試驗，若分合閘線圈疲勞，則動作電壓、分合閘時間等性能參數(shù)接近或者超過規(guī)定范圍上限。二是測量分合閘線圈電阻，若線圈疲勞，則電阻變大。

3）處理措施。經(jīng)兩試驗斷定為線圈疲勞后，更換相應(yīng)的分合閘線圈。

4）試驗驗證。做開關(guān)柜機械特性試驗，此時動作電壓、分合閘時間等性能參數(shù)比未更換前參數(shù)明顯改善。此類因素導(dǎo)致的無法電動分合故障得到根本解決。

將此處理分合閘線圈疲勞因素的方法流程并入傳統(tǒng)處理開關(guān)柜無法電動故障的步驟五中，可完善開關(guān)柜無法電動分合閘故障的處理方法，根本解決因分合閘線圈疲勞導(dǎo)致的開關(guān)柜無法成功電動分合故障。

3 實際案例分析

以某變電站一起因分合閘線圈疲勞因素引起的35kV開關(guān)柜無法電動合閘故障處理案例為例，驗證了所提處理方法的有效性。

現(xiàn)象描述：該變電站2016年11月3號投運3號電容器時，進(jìn)行35kV3C3開關(guān)柜電動合閘時，3C3開關(guān)柜合閘不成功，操作電源空開跳掉。

處理過程：11月4號，檢修人員到達(dá)現(xiàn)場處理，檢查該開關(guān)柜無明顯卡澀現(xiàn)象，分合閘線圈未見燒壞痕跡，手動可順利分合，經(jīng)手動多次分合后，電動可成功合閘。經(jīng)查詢檢修記錄發(fā)現(xiàn)，此臺開關(guān)柜曾多次發(fā)生此現(xiàn)象，且每次經(jīng)手動分合幾次后，電動均可成功合閘。為徹底查清原因，11月7號檢修人員與廠家一道對此開關(guān)柜進(jìn)行檢查與問題分析，并做開關(guān)柜機械特性試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 機械特性試驗參數(shù)

依據(jù)開關(guān)柜性能參數(shù)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，此開關(guān)柜最低動作電壓范圍應(yīng)在30%～65%U,即66～143V之間；合閘時間80ms之內(nèi)合格。由表1可知，此開關(guān)柜的合閘最低動作電壓過大，接近規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)上限。依據(jù)傳統(tǒng)處理思路，懷疑為機構(gòu)卡澀問題，于是對傳動機構(gòu)的連桿、彈簧進(jìn)行更換，部分零件進(jìn)行清洗。但處理后其機械特性試驗數(shù)據(jù)依然未能改善，排除機構(gòu)卡澀問題。隨后，懷疑合閘線圈問題，更換合閘線圈后機械特性實驗數(shù)據(jù)試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 換合閘線圈后機械特性試驗參數(shù)

對比表2表1可知，更換合閘線圈后其機械特性參數(shù)得到明顯改善，合閘時間優(yōu)化減小25%，大幅度低于上限值80ms；最低動作電壓由原接近上限值的142V改善為87V。進(jìn)一步測量更換下來的線圈阻值發(fā)現(xiàn)，原合閘線圈的實際阻值明顯大于該線圈的額定阻值。因此，此類故障的原因是合閘線圈長時間使用發(fā)生銹蝕、疲勞，電阻變大。經(jīng)過此次處理之后，該開關(guān)柜后期多次電動分合操作均正常，至今未發(fā)生無法電動分合閘情況。

4 結(jié)束語

傳統(tǒng)處理開關(guān)柜無法電動分合閘故障的方法只考慮了控制回路斷線、短路以及機構(gòu)卡澀因素。此種處理方法難以根本解決控制回路未斷線未短路以及機構(gòu)未卡澀條件下，分合閘線圈因疲勞因素導(dǎo)致的無法電動分合故障。為更好地改進(jìn)此類問題處理方法，本文提出為分合閘線圈疲勞因素導(dǎo)致的無法電動分合故障的更完善的處理思路，并給出了判斷分合閘線圈疲勞的特定故障現(xiàn)象、判定方法以及相應(yīng)的處理措施。最后，應(yīng)用某變電站3號電容器3C3開關(guān)柜故障處理案例，驗證了該方法的有效性。

[1] 變電設(shè)備檢修（上冊）[M].國網(wǎng)技術(shù)學(xué)院.

[2] 變電設(shè)備檢修（下冊）[M].國網(wǎng)技術(shù)學(xué)院.

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[6] 國家電網(wǎng)公司人力資源部.變電檢修（下）[M].北京：中國電力出版社,2010.

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2017-06-22）