袁 露 王 錳 蘇 文 謝 佳 薛克志

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220kV GIS斷路器儲(chǔ)能異常分析與處理

袁 露 王 錳 蘇 文 謝 佳 薛克志

（國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司檢修分公司，合肥 230051）

本文針對(duì)某500kV變電站的220kV GIS設(shè)備一日之內(nèi)連續(xù)發(fā)生兩起斷路器無(wú)法正常儲(chǔ)能異常事件，對(duì)異常斷路器機(jī)構(gòu)及二次回路詳細(xì)檢查、分析，最終查出斷路器儲(chǔ)能電動(dòng)機(jī)電刷壓緊彈片錯(cuò)位是斷路器無(wú)法正常儲(chǔ)能的直接原因，時(shí)間繼電器損壞是電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路復(fù)歸后不能報(bào)警的直接原因。并根據(jù)異常原因采取相應(yīng)措施消除缺陷。最后出于設(shè)備安全運(yùn)行的考慮，提出對(duì)同類型不可靠的電刷及時(shí)間繼電器逐步更換的建議。

斷路器；儲(chǔ)能異常；電刷；時(shí)間繼電器

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（gas insulated switchgear, GIS）由于占地面積少、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、可靠性、安全性高等優(yōu)點(diǎn)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用越來(lái)越多[1]。GIS的核心設(shè)備是斷路器，其承載正常工作電流，切除故障電流，在電網(wǎng)中具有保護(hù)和控制的雙重作用，是保障電力系統(tǒng)安全的重要設(shè)備[2]。斷路器動(dòng)作時(shí)由操動(dòng)機(jī)構(gòu)提供能量，其操動(dòng)機(jī)構(gòu)有很多種，液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是其中之一。液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是由碟形彈簧作為儲(chǔ)能部件、液壓油為傳動(dòng)載體的高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)，因驅(qū)動(dòng)能量大、傳動(dòng)平穩(wěn)、動(dòng)作速度快的特點(diǎn)，在高壓斷路器中的到了廣泛的應(yīng)用[3-4]。但運(yùn)行中液壓機(jī)構(gòu)的故障現(xiàn)象還是時(shí)有發(fā)生[5-10]。近期安徽某500kV變電站220kV GIS設(shè)備區(qū)一日內(nèi)連續(xù)發(fā)生多起液壓機(jī)構(gòu)斷路器儲(chǔ)能異常事件，檢修人員應(yīng)急處理，成功分析出原因并解決問題。

1 異常描述

2017年11月29日凌晨，安徽地區(qū)某500kV變電站220kV設(shè)備區(qū)2871斷路器C相發(fā)“電動(dòng)機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號(hào)，站內(nèi)運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)問題后，按經(jīng)驗(yàn)在匯控柜復(fù)歸報(bào)警信號(hào)，復(fù)歸后信號(hào)暫時(shí)消失，但是3min左右后C相又報(bào)警。

2017年11月29日，檢修人員到變電站開展相關(guān)缺陷檢查、處理工作。在檢修人員應(yīng)急處理期間2800斷路器A相又發(fā)“電動(dòng)機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號(hào)，復(fù)歸后報(bào)警信號(hào)消除，但仍未儲(chǔ)能到位。

為避免損失負(fù)荷，兩組異常斷路器2871、2800均在運(yùn)行狀態(tài)。檢修人員先后檢查兩臺(tái)斷路器異常相機(jī)構(gòu)箱，發(fā)現(xiàn)液壓彈簧之間空隙較大，確認(rèn)未完全儲(chǔ)能。對(duì)兩組斷路器匯控柜、機(jī)構(gòu)箱內(nèi)所有相關(guān)端子排接線端子、繼電器接線端子進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)接線并無(wú)松動(dòng)。

圖1 液壓彈簧未儲(chǔ)能到位

該GIS生產(chǎn)廠家：西安西開高壓電氣股份有限公司，斷路器型號(hào)：LWG9-252，采用液壓彈簧儲(chǔ)能，操動(dòng)機(jī)構(gòu)型號(hào)：CYA3-II。兩臺(tái)斷路器2008年6月生產(chǎn)，2008年12月投運(yùn)。

2 儲(chǔ)能及保護(hù)回路原理介紹

斷路器儲(chǔ)能主要涉及3個(gè)回路：電動(dòng)機(jī)回路、電動(dòng)機(jī)控制回路、電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路。各回路電路圖如圖2至圖4所示，元件參數(shù)見表1。

下面介紹各回路的工作原理。

圖2 電動(dòng)機(jī)回路

圖3 電動(dòng)機(jī)控制回路

圖4 電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路

2.1 電動(dòng)機(jī)回路

電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)液壓彈簧儲(chǔ)能，為斷路器動(dòng)作提供能量。電動(dòng)機(jī)回路內(nèi)串聯(lián)熱繼電器49MA（B、C）的發(fā)熱元件和接觸器88MA（B、C）的常開接點(diǎn)。

表1 元件功能表

2.2 電動(dòng)機(jī)控制回路

電動(dòng)機(jī)控制回路內(nèi)的接觸器88MA（B、C）的兩對(duì)常開接點(diǎn)1-2、3-4串接在電動(dòng)機(jī)回路里面，靠此控制電動(dòng)機(jī)啟停。正常情況下當(dāng)斷路器動(dòng)作或其他原因（如手動(dòng)泄壓）使壓力泄掉后，限位開關(guān)33hb會(huì)閉合接通電動(dòng)機(jī)控制回路，使接觸器線圈帶電，接觸器常開接點(diǎn)閉合，接通電動(dòng)機(jī)回路儲(chǔ)能。當(dāng)斷路器儲(chǔ)能到位時(shí)，通過滾輪切斷限位開關(guān)33hb，使接觸器失電，進(jìn)而切斷電動(dòng)機(jī)回路停止儲(chǔ)能。

電動(dòng)機(jī)控制回路中還串有電動(dòng)機(jī)保護(hù)繼電器49MXA（B、C）的31-32常閉接點(diǎn)，其線圈在電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路里。

2.3 電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路

當(dāng)斷路器儲(chǔ)能出現(xiàn)異常時(shí)，會(huì)通過電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路切斷電動(dòng)機(jī)控制回路，保護(hù)電動(dòng)機(jī)、繼電器，避免事態(tài)擴(kuò)大。電動(dòng)機(jī)保護(hù)主要有兩種形式：過流保護(hù)和過時(shí)保護(hù)。

如果電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受到很大的阻力，回路就會(huì)產(chǎn)生大電流，熱繼電器49MA（B、C）在大電流通過時(shí)快速發(fā)熱并動(dòng)作，其在電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路里的常開接點(diǎn)97-98閉合，使電動(dòng)機(jī)保護(hù)繼電器49MXA（B、C）線圈得電，電動(dòng)機(jī)保護(hù)繼電器通過本身的常開接點(diǎn)13-14自保持使電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路一直接通。49MXA（B、C）得電后，還會(huì)斷開在電動(dòng)機(jī)控制回路里的常閉接點(diǎn)31-32，切斷電動(dòng)機(jī)控制回路，使接觸器88MA（B、C）接觸器失電，進(jìn)而切斷電動(dòng)機(jī)回路。這就是電動(dòng)機(jī)的過流保護(hù)，與此同時(shí)將發(fā)“電動(dòng)機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號(hào)。

正常情況下電動(dòng)機(jī)幾十秒內(nèi)將完成儲(chǔ)能，當(dāng)遇到故障情況（如電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)甚至不轉(zhuǎn)）時(shí)，斷路器儲(chǔ)能一定時(shí)間（此GIS斷路器整定為150s）后仍不能儲(chǔ)能到位，電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路里的時(shí)間繼電器48T A（B、C）將會(huì)動(dòng)作，同樣使電動(dòng)機(jī)保護(hù)繼電器49MXA（B、C）得電并自保持，切斷電動(dòng)機(jī)控制回路及電動(dòng)機(jī)回路。這就是電動(dòng)機(jī)的過時(shí)保護(hù)，與此同時(shí)將發(fā)“電動(dòng)機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號(hào)。

電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路里的RESET按鈕可以復(fù)歸回路。按下RESET按鈕將切斷電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路使49MXA（B、C）失電，“電動(dòng)機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號(hào)將會(huì)消失，同時(shí)在未儲(chǔ)能到位的情況下電動(dòng)機(jī)保護(hù)繼電器49MXA（B、C）的常閉接點(diǎn)31-32使電動(dòng)機(jī)控制回路接通，進(jìn)一步接通電動(dòng)機(jī)回路。松開按鈕后，如果是偶然性故障，就順利完成儲(chǔ)能；如果故障未解除，就會(huì)發(fā)“電動(dòng)機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號(hào)。

3 異常排查分析及處理

3.1 電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路排查與分析

首先對(duì)2871斷路器異常相C相電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路各端子電位進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果顯示電動(dòng)機(jī)保護(hù)繼電器49MXC的14號(hào)端子與13號(hào)端子同電位，49MXC線圈兩端帶電，表明49MXC已經(jīng)自保持，與正常相不同。分析易得：與電動(dòng)機(jī)保護(hù)繼電器49MXC的接點(diǎn)13-14相并聯(lián)的時(shí)間繼電器48TC的接點(diǎn)67-68、熱繼電器49MC的97-98接點(diǎn)至少有一對(duì)先接通才能起動(dòng)電動(dòng)機(jī)保護(hù)繼電器使之自保持。

為檢查出是過流保護(hù)還是過時(shí)保護(hù)，檢修人員快速按下回路復(fù)歸按鈕RESET并松開，瞬時(shí)切斷電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路，使49MXC失電自保持破壞。結(jié)果異常相并不能儲(chǔ)能，并且經(jīng)過2～3min后，又發(fā)“電動(dòng)機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號(hào)。據(jù)此可以排除熱偶動(dòng)作導(dǎo)致回路接通的可能性，若是熱偶動(dòng)作導(dǎo)致異常發(fā)生，且熱偶未復(fù)歸，則電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路復(fù)歸后49MXC會(huì)立即得電發(fā)報(bào)警信號(hào)，而不是過一段時(shí)間才發(fā)。

解開49MC的98端子接線，測(cè)量98端子電壓為零電位，驗(yàn)證了熱偶沒有動(dòng)作的推斷。解開48TC的68端子接線，測(cè)量68端子電壓與67端子一致?，F(xiàn)象與過時(shí)保護(hù)相符，說(shuō)明是時(shí)間繼電器48TC的67-68接點(diǎn)導(dǎo)通，使49MXC帶電并通過13-14接點(diǎn)自保持，發(fā)“電動(dòng)機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號(hào)。

3.2 電動(dòng)機(jī)控制回路排查與分析

測(cè)量異常相C相限位開關(guān)33hb兩端電壓為零，測(cè)量接觸器88MC線圈兩端電壓為零，測(cè)量電動(dòng)機(jī)保護(hù)繼電器49MXC的31-32接點(diǎn)兩端電壓為電源電壓，表明2871斷路器C相的限位開關(guān)確未斷開，接觸器88MC未吸合，49MXC得電動(dòng)作后常閉接點(diǎn)31-32斷開。復(fù)歸電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路，接觸器88MC線圈帶電吸合。說(shuō)明復(fù)歸回路時(shí)C相電動(dòng)機(jī)控制回路接通，然而C相仍然無(wú)法儲(chǔ)能，問題應(yīng)該在電動(dòng)機(jī)回路。

3.3 電動(dòng)機(jī)回路排查與分析

在復(fù)歸電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路后，測(cè)量熱繼電器49MC的2和4端子兩端為電源電壓。這表明異常相電動(dòng)機(jī)兩側(cè)已有電，但電動(dòng)機(jī)未轉(zhuǎn)動(dòng)。檢修人員打開斷路器異常相機(jī)構(gòu)箱后柜門檢查電動(dòng)機(jī)。經(jīng)過仔細(xì)的檢查發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)電刷的壓緊彈片錯(cuò)位，沒有壓到電刷，如圖5所示，導(dǎo)致電刷不能接觸電動(dòng)機(jī)換向器，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)。

圖5 電刷壓緊彈片錯(cuò)位

對(duì)于2800斷路器，檢查發(fā)現(xiàn)同樣存在電刷錯(cuò)位的問題。不過2800斷路器發(fā)生異常時(shí)有不同于2871斷路器的現(xiàn)象：異常后運(yùn)維人員復(fù)歸2800斷路器電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路，2800斷路器A相不能儲(chǔ)能，但是一直未發(fā)“電動(dòng)機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號(hào)，而2871斷路器復(fù)歸幾分鐘后又發(fā)報(bào)警信號(hào)。這表明2800斷路器A相電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路沒有接通。由前述分析很容易得知熱繼電器未動(dòng)作，過流報(bào)警回路沒問題。很可能是2800斷路器A相過時(shí)報(bào)警回路出問題。檢修人員把A相時(shí)間繼電器取下測(cè)試其功能，結(jié)果顯示該繼電器已損壞：正常情況下在設(shè)定的時(shí)間150s左右該繼電器48TA將會(huì)動(dòng)作，其常開接點(diǎn)67-68將閉合，然而檢修人員多次測(cè)試、時(shí)間長(zhǎng)達(dá)半小時(shí)該繼電器都沒有動(dòng)作，表明該時(shí)間繼電器已損壞。

3.4 缺陷處理

對(duì)于2871斷路器，檢修人員用螺絲刀撥動(dòng)異常相電刷壓緊彈片，使之壓緊電刷，再?gòu)?fù)歸電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路，此時(shí)異常相電動(dòng)機(jī)立即運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)液壓彈簧順利儲(chǔ)能。儲(chǔ)能到位后能正常切斷回路，“電動(dòng)機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號(hào)也不再出現(xiàn)。為確保可靠，檢修人員又對(duì)異常相斷路器手動(dòng)泄壓數(shù)次，斷路器都能順利儲(chǔ)能，功能正常。

對(duì)于2800斷路器，檢修人員調(diào)整電刷復(fù)歸電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路后，同樣異常相儲(chǔ)能到位。為徹底消除缺陷，檢修人員更換經(jīng)校驗(yàn)合格后的時(shí)間繼電器，更換后拉開儲(chǔ)能電源空開實(shí)測(cè)時(shí)間繼電器回路報(bào)警功能，約150s發(fā)“電動(dòng)機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號(hào)。此后投上儲(chǔ)能空開手動(dòng)泄壓數(shù)次，斷路器都能夠正常儲(chǔ)能。至此2800斷路器缺陷完全消除。

4 結(jié)論

該500kV變電站220kV GIS設(shè)備區(qū)一日之內(nèi)連續(xù)兩臺(tái)斷路器儲(chǔ)能出現(xiàn)異常，共同問題是電動(dòng)機(jī)電刷壓緊彈片錯(cuò)位導(dǎo)致無(wú)法儲(chǔ)能，并起動(dòng)電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路，發(fā)“電動(dòng)機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號(hào)。其中一臺(tái)斷路器時(shí)間繼電器損壞，導(dǎo)致復(fù)歸后不再發(fā)報(bào)警信號(hào)。

現(xiàn)場(chǎng)檢查其他斷路器時(shí)發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)電刷均有不同程度的磨損，建議更換電刷。在消缺更換時(shí)間繼電器過程中發(fā)現(xiàn)很多新的繼電器功能不正常，該型號(hào)繼電器為空氣阻尼式繼電器，可靠性較差，建議更換。

此次異常的分析及處理方法，對(duì)同行有一定的參考價(jià)值。

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Analysis and treatment of energy storage abnormality of 220kV GIS circuit breaker

Yuan Lu Wang Meng Su Wen Xie Jia Xue Kezhi

(Maintenance Company of Anhui Electric Power Corporation, Hefei 230051)

Two energy storage accidents of 220kV GIS circuit breaker (CB) happen in a 500kV substation in one day. Based on detailed inspection and analysis on the mechanism of the abnormality CB and their secondary circuits, finally find that the compression shrapnel of electric brush of the energy storage motor misaligned is the reason why the CB cannot storage energy，and the time relay broken is the reason why the CB doesn't send an alerting signal. In the end, the paper puts forward some suggestions for replacing the unreliable electric brush and time relay gradually for the safe operation of the equipment.

circuit breaker; abnormality of energy storage; electric brush; time relay

2018-04-26

袁 露（1990-），男，安徽亳州人，工程師，碩士研究生，從事輸變電設(shè)備檢修工作。