鄺玉芳 周小藝 鄭衛(wèi)文

摘要：本文重點(diǎn)分析了中置式高壓開關(guān)柜VS1（ZN63A）型開關(guān)發(fā)生拒分引起變電站10kV母線失壓故障的原因，提出了針對(duì)同型號(hào)并采用相同二次接線方式高壓開關(guān)柜的消缺整改措施，以及今后預(yù)防存在類似隱患設(shè)備投入電網(wǎng)運(yùn)行的措施，有效提高配置VS1（ZN63A）型開關(guān)中置式高壓開關(guān)柜的運(yùn)行可靠性，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：行程開關(guān);母線失壓;原因分析;隱患處置及預(yù)防

0引言

行程開關(guān)又稱限位開關(guān)或位置開關(guān)。它是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路工作狀態(tài)的控制電器。行程開關(guān)的動(dòng)作原理與控制按鈕相似，在機(jī)床、起重設(shè)備、電力裝置及自動(dòng)化生產(chǎn)線等自動(dòng)化裝置中應(yīng)用廣泛。在本案例中置式高壓開關(guān)柜中，微動(dòng)式行程開關(guān)安裝在小車開關(guān)機(jī)構(gòu)已完成儲(chǔ)能行程位置上，當(dāng)小車開關(guān)機(jī)構(gòu)完成儲(chǔ)能時(shí)，儲(chǔ)能部件觸壓行程開關(guān)推桿使觸點(diǎn)動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)電路的切換，達(dá)到控制機(jī)構(gòu)自動(dòng)儲(chǔ)能及在機(jī)構(gòu)未儲(chǔ)能時(shí)斷開開關(guān)合閘回路和發(fā)出機(jī)構(gòu)未儲(chǔ)能信號(hào)目的，因此開關(guān)機(jī)構(gòu)所配置微動(dòng)式行程開關(guān)是否正確動(dòng)作對(duì)高壓開關(guān)柜的正常運(yùn)行帶來(lái)直接影響。但現(xiàn)實(shí)中，行程開關(guān)、輔助開關(guān)等二次元器件，在電氣設(shè)備采購(gòu)技術(shù)協(xié)議、工程竣工驗(yàn)收，設(shè)備日常運(yùn)維及故障查找中往往被忽視。

一、事件經(jīng)過(guò)及對(duì)系統(tǒng)的影響

（一）故障前電網(wǎng)運(yùn)行方式

某220kV變電站共配置有2臺(tái)主變，220kV及110kV側(cè)雙母結(jié)線，10kV側(cè)為單母分段，事件發(fā)生前#1主變帶10kV 1M母運(yùn)行，#2主變帶10kV 2M母運(yùn)行，10kV母聯(lián)500開關(guān)熱備用，10kV備自投投入。

（二）故障發(fā)生經(jīng)過(guò)

2019年3月12日11時(shí)33分，該220kV變電站10kV F8饋電線路發(fā)生故障，其線路保護(hù)裝置動(dòng)作，開關(guān)正確跳閘，經(jīng)延時(shí)后自動(dòng)重合閘啟動(dòng)，F(xiàn)8開關(guān)重合于發(fā)生永久故障線路上，期間F8饋線保護(hù)裝置突然失電，F(xiàn)8開關(guān)拒分，導(dǎo)致#2接地變保護(hù)動(dòng)作，跳開#2主變變低側(cè)502開關(guān)，造成10kV 2M母失壓。

（三）缺陷設(shè)備信息

拒分開關(guān)型號(hào)：VS1（ZN63A）

出廠日期： 2006-04-01? ? ? ?投運(yùn)日期： 2006-11-27

二、開關(guān)拒分原因查找及分析

（一）保護(hù)動(dòng)作及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)

變電站10kV 2M母失壓后，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)10kV F8饋線保護(hù)裝置黑屏，合閘指示燈亮，開關(guān)柜內(nèi)1DK1保護(hù)裝置電源空開及開關(guān)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能電源空開3DK在分位。

#2接地變520開關(guān)分閘燈亮，520開關(guān)柜保護(hù)裝置動(dòng)作信息：000ms整組啟動(dòng)，908ms高壓零序過(guò)流1時(shí)限動(dòng)作，1209ms高壓零序過(guò)流2時(shí)限動(dòng)作。

查看變電站后臺(tái)動(dòng)作報(bào)文如下：

11：33：39：216? F8零序過(guò)流Ⅰ段動(dòng)作

11：33：40：774? F8重合閘動(dòng)作

11：33：41：735? #2接地變 高壓零序過(guò)流Ⅰ時(shí)限動(dòng)作

11：33：41：751? 備自投放電（閉鎖10千伏母線備自投）

11：33：42：036? #2接地變 高壓零序過(guò)流Ⅱ時(shí)限動(dòng)作

11：33：42：063? #2接地變520開關(guān)分

11：33：42：065? #2主變變低502開關(guān)分閘

通過(guò)上述保護(hù)報(bào)文及后臺(tái)報(bào)文分析，判斷11時(shí)33分39秒216毫秒F8饋線線路發(fā)生故障，其線路保護(hù)零序I段動(dòng)作，跳開F8開關(guān)。經(jīng)保護(hù)重合閘延時(shí)1.5秒，在11時(shí)33分40秒774毫秒，F(xiàn)8保護(hù)重合閘動(dòng)作，合上開關(guān)，但此時(shí)線路故障仍然存在，開關(guān)成功重合后保護(hù)裝置電源空開突然發(fā)生跳閘，保護(hù)裝置失電，沒(méi)有進(jìn)入保護(hù)重合后加速邏輯。故障線路零序電流流過(guò)10kVⅡ段母線520接地變的高壓側(cè)零序CT，11時(shí)33分41秒735毫秒，#2接地變高壓零序過(guò)流Ⅰ時(shí)限動(dòng)作閉鎖10kV備自投，11時(shí)33分42秒036毫秒，#2接地變高壓零序過(guò)流Ⅱ時(shí)限動(dòng)作跳開接地變520開關(guān)和#2主變變低502開關(guān)。

（二）故障設(shè)備詳細(xì)檢查情況

從保護(hù)動(dòng)作記錄判斷，F(xiàn)8開關(guān)拒動(dòng)是造成變電站母線失壓的直接原因，但經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)檢查和試驗(yàn)，確認(rèn)F8開關(guān)保護(hù)裝置正常內(nèi)部無(wú)短路，保護(hù)裝置電源空開及儲(chǔ)能電源空開正常，VS1小車開關(guān)各輔助元器件、輔助開關(guān)等正常，相關(guān)二次回路絕緣電阻合格，小車開關(guān)處于試驗(yàn)位置狀態(tài)下保護(hù)各項(xiàng)傳動(dòng)操作正常，小車開關(guān)本體及機(jī)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)機(jī)械咔澀等異常情況，其開關(guān)特性、分合閘電壓試驗(yàn)等結(jié)果合格，開關(guān)儲(chǔ)能電機(jī)阻值、儲(chǔ)能電機(jī)速度以及運(yùn)轉(zhuǎn)工況均正常，絕緣電阻合格，缺陷原因查找未果。

（三）原因分析

從現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果分析，F(xiàn)8饋線的保護(hù)裝置電源空開和開關(guān)操作機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能電源空開發(fā)生跳閘應(yīng)該在F8開關(guān)成功重合閘后，開關(guān)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能微動(dòng)式行程開關(guān)出現(xiàn)變位時(shí)發(fā)生，因此故障查找不能忽略串聯(lián)在開關(guān)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能電源回路、保護(hù)電源回路起切換功能的微動(dòng)式行程開關(guān)本體的工況。

1、現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)，VS1開關(guān)機(jī)構(gòu)已儲(chǔ)能位置與三只微動(dòng)式行程開關(guān)關(guān)聯(lián)（型號(hào)：LXW20-11M，額定電壓：AC-12 16A 380V? ?DC-12 5A 250V），其現(xiàn)場(chǎng)安裝方式見圖1，三行程開關(guān)從外到內(nèi)分別被命名為S1、S2、S3，其外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖2，其接點(diǎn)動(dòng)作狀態(tài)見圖3（以S3接線方式畫模擬圖）。

（1）S1行程開關(guān)接入的二次回路

S1行程開關(guān)只應(yīng)用了一對(duì)常開接點(diǎn)，在機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能后閉合，是合閘回路接通的必要條件;其接觸、對(duì)地絕緣是否良好，只影響到開關(guān)合閘回路和開關(guān)控制電源。

（2）S2行程開關(guān)接入的二次回路

S2行程開關(guān)只應(yīng)用了一對(duì)常閉接點(diǎn)，串聯(lián)在儲(chǔ)能電機(jī)電源回路中，在機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能后斷開，停止儲(chǔ)能電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn);其接觸、對(duì)地絕緣是否良好，只影響到儲(chǔ)能電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和儲(chǔ)能電源開關(guān)。

（3）S3行程開關(guān)接入的二次回路

S3行程開關(guān)常閉（機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能后斷開）、常開接點(diǎn)（機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能后接通）分別接入保護(hù)裝置彈簧未儲(chǔ)能告警信號(hào)回路和彈簧已儲(chǔ)能位置信號(hào)燈回路，即分別接入到保護(hù)裝置電源空開所控制回路和儲(chǔ)能電源空開控制回路。（見圖6、7）

從圖6可見，開關(guān)機(jī)構(gòu)未儲(chǔ)能時(shí)，正電+HM通過(guò)1DK1（保護(hù)裝置電源空開）再通過(guò)行程開關(guān)S3的常閉接點(diǎn)36、26端子（未儲(chǔ)能時(shí)接通），再經(jīng)過(guò)811電纜進(jìn)入保護(hù)裝置開入，再通過(guò)保護(hù)裝置出來(lái)經(jīng)過(guò)1DK1（保護(hù)裝置電源空開），最后接入負(fù)電，保護(hù)裝置報(bào)“彈簧未儲(chǔ)能”信號(hào)。

從圖7可見，開關(guān)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能后，正電+HM通過(guò)3DK（開關(guān)儲(chǔ)能電源空開），經(jīng)過(guò)電纜871再到已儲(chǔ)能燈BD再經(jīng)過(guò)電纜874，再經(jīng)過(guò)行程開關(guān)S3的常開接點(diǎn)24、34端子（儲(chǔ)能后接通），再經(jīng)過(guò)電纜872再經(jīng)過(guò)3DK（開關(guān)儲(chǔ)能電源空開）再到負(fù)電-HM，已儲(chǔ)能燈BD點(diǎn)亮。

（4）行程開關(guān)解體檢查

從上述S1、S2、S3三行程開關(guān)所接入的二次回路來(lái)看，只有S3牽涉到保護(hù)裝置電源及開關(guān)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能電源回路，因此將行程開關(guān)S3拆下并進(jìn)行解體檢查。

將S3解體后發(fā)現(xiàn)，行程開關(guān)34端子所連接靜觸頭及26端子所連接靜觸頭的觸點(diǎn)位置均有明顯電弧燒蝕痕跡，動(dòng)觸頭對(duì)應(yīng)位置也出現(xiàn)明顯電弧燒蝕痕跡，同時(shí)在塑料殼體相應(yīng)位置也有電弧燒蝕時(shí)留下的印記（見圖8）;檢查行程開關(guān)動(dòng)靜觸頭均采用銅質(zhì)材質(zhì)，觸點(diǎn)處采用了鍍銀處理，符合規(guī)范要求。

（5）缺陷原因分析

從S3行程開關(guān)解體結(jié)果來(lái)看，在11時(shí)33分40秒774毫秒，F(xiàn)8保護(hù)重合閘動(dòng)作后，開關(guān)機(jī)構(gòu)能量釋放，行程開關(guān)S3的推桿復(fù)位，動(dòng)觸頭從接通常開接點(diǎn)34、24端子觸點(diǎn)（已儲(chǔ)能燈光信號(hào)回路）跳轉(zhuǎn)至通常閉接點(diǎn)36、26端子觸點(diǎn)（彈簧未儲(chǔ)能告警信號(hào)回路）時(shí)，行程開關(guān)動(dòng)觸頭彈簧發(fā)生變形或因觸頭觸點(diǎn)粘連等異常情況，導(dǎo)致S3行程開關(guān)34端子與26端子兩接點(diǎn)接通（見圖9），使保護(hù)裝置正電+BM與電機(jī)儲(chǔ)能負(fù)電-HM形成短路，最終導(dǎo)致保護(hù)裝置電源空開以及開關(guān)儲(chǔ)能電源空開發(fā)生跳閘（見圖10）。

三、暴露問(wèn)題

（一）VS1（ZN63A）型小車開關(guān)機(jī)構(gòu)所配置的LXW20-11M型微動(dòng)式行程開關(guān)，其常閉、常開接點(diǎn)共用一動(dòng)觸頭，且觸頭間距?。ㄖ挥?mm），存在行程開關(guān)內(nèi)常閉、常開接點(diǎn)回路間跨接隱患。

（二）二次回路設(shè)計(jì)不合理，保護(hù)裝置回路與開關(guān)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能回路同接入一微動(dòng)式行程開關(guān)，增加保護(hù)回路短路、接地及保護(hù)裝置誤（拒）動(dòng)及誤（拒）發(fā)信等風(fēng)險(xiǎn)。

（三）已儲(chǔ)能指示燈回路設(shè)計(jì)不合理，指示燈應(yīng)安裝在行程開關(guān)后端即負(fù)電源端，并在回路中接入限流電阻，以防電器元件內(nèi)部異常時(shí)回路發(fā)生短路。

四、隱患處置及預(yù)防

經(jīng)核查，電網(wǎng)內(nèi)有大量配置VS1型小車開關(guān)的高壓開關(guān)柜在運(yùn)行，其運(yùn)行時(shí)間很多已超過(guò)12年，柜內(nèi)微動(dòng)式行程開關(guān)等二次元器件已開始老化，發(fā)生同類故障的概率逐步增大，為防止同類事件的發(fā)生，應(yīng)對(duì)保護(hù)、儲(chǔ)能回路同接入一微動(dòng)式行程開關(guān)（LXW20-11M型）的中置式高壓開關(guān)柜進(jìn)行整改。具體方案如下：

（一）應(yīng)急處置方案

將已儲(chǔ)能指示燈安裝在行程開關(guān)常閉接點(diǎn)后（見圖11），當(dāng)再出現(xiàn)同類短路故障時(shí)，已儲(chǔ)能指示燈將串聯(lián)在短路回路中，從而不會(huì)因行程開關(guān)內(nèi)部短路造成保護(hù)裝置電源空開跳閘情況。分析如下：

1、已儲(chǔ)能指示燈改接在行程開關(guān)接點(diǎn)后，若再出現(xiàn)同類事件時(shí)（即S3行程開關(guān)34與26兩接點(diǎn)短接），情況如下：

此時(shí)回路串聯(lián)了已儲(chǔ)能指示燈，回路電流為額定電流，保護(hù)裝置電源空開及機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能電源空開不會(huì)發(fā)生跳閘，若接點(diǎn)一直無(wú)法恢復(fù)正常，則保護(hù)裝置不會(huì)發(fā)出“彈簧未儲(chǔ)能”信號(hào)。

2、若S3行程開關(guān)24與36兩接點(diǎn)發(fā)生短接，儲(chǔ)能電源正電會(huì)進(jìn)入保護(hù)裝置，保護(hù)裝置報(bào)“彈簧未儲(chǔ)能”信號(hào)，保護(hù)裝置電源空開及開關(guān)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能電源空開均不會(huì)發(fā)生跳閘。

從上述分析情況可以知道，將已儲(chǔ)能指示燈改接到S3行程開關(guān)常閉接點(diǎn)后能有效避免行程開關(guān)內(nèi)部故障造成保護(hù)裝置電源空開跳閘情況發(fā)生。

（二）徹底處置措施

1、存量設(shè)備處置措施

將S3行程開關(guān)更換為常閉、常開接點(diǎn)完成獨(dú)立封裝結(jié)構(gòu)的微動(dòng)式行程開關(guān)，或增加一行程開關(guān)，將開關(guān)未儲(chǔ)能保護(hù)信號(hào)回路與開關(guān)機(jī)構(gòu)已儲(chǔ)能指示燈回路完全區(qū)分開，徹底消除安全隱患。

2、新增設(shè)備處置措施

針對(duì)基建工程、技改工程，在設(shè)計(jì)審查、物資采購(gòu)（簽訂采購(gòu)技術(shù)協(xié)議時(shí)）時(shí)，提出必須將高壓開關(guān)柜保護(hù)裝置回路與其它二次回路完全分開要求，并在設(shè)備到貨、竣工驗(yàn)收中嚴(yán)格把關(guān)，確保按要求落實(shí)到位。

五、結(jié)論

行程開關(guān)、輔助開關(guān)等二次元器件的結(jié)構(gòu)、質(zhì)量及配置方式將直接影響到電力設(shè)備的工況和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行;但因其價(jià)值低、數(shù)量多、廠家雜、型號(hào)繁多，往往在設(shè)備采購(gòu)、竣工驗(yàn)收、運(yùn)維檢修及故障原因查找中被忽視，因此建議相關(guān)部門在修編設(shè)備技術(shù)規(guī)范時(shí)對(duì)二次元器件提出詳細(xì)、明確的技術(shù)參數(shù)要求，確保采購(gòu)產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，設(shè)計(jì)單位在開展設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)詳細(xì)核對(duì)廠家提供的二次圖紙，二次元件結(jié)構(gòu)和性能，確保設(shè)備控制、保護(hù)回路的安全可靠。

參考文獻(xiàn)

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