蔣浩晨

(國(guó)網(wǎng)湖北省供電有限公司武漢供電公司，湖北 武漢430050)

高壓斷路器，不僅可以切斷或閉合高壓電路中的空載電流和負(fù)荷電流，而且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)可通過(guò)保護(hù)裝置切斷過(guò)負(fù)荷電流和短路電流，它具有相當(dāng)完善的滅弧結(jié)構(gòu)和足夠的斷流能力，是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備。斷路器性能的可靠性很大程度上取決于操作機(jī)構(gòu)的可靠性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，操作機(jī)構(gòu)故障占斷路器總故障發(fā)生比例約為50%，而分合閘線圈是其操動(dòng)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部分，反應(yīng)了其運(yùn)動(dòng)特性。下面就一臺(tái)110 kV斷路器在倒閘操作過(guò)程中出現(xiàn)延遲分閘的故障原因進(jìn)行分析，并在分析后給出解決方法。

1 故障過(guò)程

某110 kV變電站內(nèi)一臺(tái)110 kV斷路器由運(yùn)行轉(zhuǎn)檢修時(shí)，操作人員執(zhí)行分閘操作命令，斷路器未正常動(dòng)作，操作后臺(tái)發(fā)“斷路器控制回路斷線”信號(hào)。21 s后，斷路器分閘，同時(shí)重合閘動(dòng)作，開(kāi)關(guān)再次合閘。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

故障發(fā)生后，變電站運(yùn)維人員立即檢查一二次設(shè)備情況，包括發(fā)生故障時(shí)的保護(hù)信息，開(kāi)關(guān)位置，及故障錄波信息等，核對(duì)保護(hù)信息屬實(shí)，保護(hù)裝置正確動(dòng)作，開(kāi)關(guān)實(shí)際位置與系統(tǒng)接線圖顯示一致。

現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)檢查，保護(hù)裝置接線正常，五防操作系統(tǒng)接線正常，運(yùn)維人員操作順序和方式正常，初步判斷開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)本體存在故障。檢修人員對(duì)斷路器進(jìn)行機(jī)械特性試驗(yàn)，主要測(cè)試項(xiàng)目時(shí)斷路器的啟動(dòng)電壓和機(jī)械特性。測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，斷路器在分閘與合閘過(guò)程中，啟動(dòng)電壓均由180 V逐漸降低至100 V左右，最后保持穩(wěn)定。在啟動(dòng)電壓穩(wěn)定后，檢修人員又對(duì)斷路器的機(jī)械特性進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)斷路器的合閘時(shí)間數(shù)據(jù)存在離散性，分閘時(shí)間可以基本保持穩(wěn)定，其時(shí)間數(shù)據(jù)如圖1、圖2所示。

圖1 合閘時(shí)間折線變化圖

圖2 分閘時(shí)間折線變化圖

由于斷路器設(shè)有2套分閘線圈，并且動(dòng)作原理不同，不是共鐵芯結(jié)構(gòu)，所以對(duì)2套分閘系統(tǒng)分別進(jìn)行機(jī)械特性試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)主分閘（故障時(shí)動(dòng)作的分閘系統(tǒng)）分閘時(shí)間不穩(wěn)定，而備用的分閘系統(tǒng)時(shí)間能夠保證在合格范圍內(nèi)且動(dòng)作穩(wěn)定。

3 故障原因分析

經(jīng)過(guò)檢修人員現(xiàn)場(chǎng)分析，發(fā)現(xiàn)故障主要原因存在于斷路器分合閘線圈的鐵芯結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)摯子脫扣方式上。

現(xiàn)場(chǎng)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，開(kāi)關(guān)二次回路、繼電器及機(jī)構(gòu)凸輪等部件檢查未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，線圈電阻78 Ω，功率為500 W。符合出廠技術(shù)要求。

但線圈鐵芯周?chē)嬖诖罅胯F屑和灰塵等雜質(zhì)，且手動(dòng)拉拽動(dòng)磁鐵時(shí)有卡澀現(xiàn)象，特別是首次拉拽時(shí)卡澀現(xiàn)象比較明顯，連續(xù)多次拉拽后線圈分合閘恢復(fù)正常，這也是開(kāi)關(guān)在延遲分閘后，現(xiàn)場(chǎng)人員檢查未發(fā)現(xiàn)任何異常的原因。

同時(shí)，檢修人員發(fā)現(xiàn)，分閘線圈鐵芯與分閘扣板間連接不緊密，無(wú)法保證在最佳位置拉動(dòng)分閘扣板，分閘扣板不能保持在水平位置時(shí)，分閘時(shí)間就會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，如圖3所示。

圖3 斷路器分閘脫扣裝置

據(jù)此判斷：故障開(kāi)關(guān)操作裝置發(fā)出跳閘令后，開(kāi)關(guān)分閘線圈勵(lì)磁，但由于動(dòng)靜磁鐵卡滯造成開(kāi)關(guān)暫時(shí)拒動(dòng)。待20 s后，線圈鐵芯的克服機(jī)械應(yīng)力開(kāi)關(guān)分閘，分閘時(shí)間較長(zhǎng)同時(shí)操作中未退出重合閘壓板，開(kāi)關(guān)重合閘動(dòng)作。斷路器分閘脫扣處摯子動(dòng)作形式不合理，分閘脫扣器與摯子之間連接不牢靠，在脫扣器角度不正確的情況下，會(huì)發(fā)生分閘時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的情況。

4 處理措施

針對(duì)斷路器存在的問(wèn)題，存在以下幾種解決方式，包括更換斷路器機(jī)構(gòu)、更換分合閘摯子、更換改進(jìn)的分合閘線圈等3種方法。下面針對(duì)以上3種解決辦法進(jìn)行探討。

4.1 更換斷路器機(jī)構(gòu)

解決斷路器分合閘出現(xiàn)的故障，在排除斷路器極柱和本體存在故障的可能后，更換機(jī)構(gòu)是一種比較徹底、比較完全的解決辦法。但更換斷路器機(jī)構(gòu)工作時(shí)間一般在4～5天，同時(shí)工作中須要使用吊車(chē)等特種車(chē)輛，施工難度較大、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較高、安全風(fēng)險(xiǎn)較大，與此同時(shí)也會(huì)造成設(shè)備停運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)，給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)較大負(fù)擔(dān)。一般而言，更換斷路器機(jī)構(gòu)適用于機(jī)構(gòu)存在多處故障，如機(jī)構(gòu)卡澀、二次元器件老化等，并且原機(jī)構(gòu)已無(wú)維修價(jià)值。本次斷路器故障在判斷故障位于分合閘線圈和脫扣裝置后，整體更換斷路器機(jī)構(gòu)意義不大。

4.2 更換分合閘摯子

本次故障中，斷路器線圈在得到動(dòng)作指令和電流啟動(dòng)后未能正常帶動(dòng)摯子脫扣運(yùn)動(dòng)，更換整套分合閘摯子也是一種行之有效的辦法。

更換分合閘摯子需要兩天停電時(shí)間，同時(shí)須要拆除機(jī)構(gòu)內(nèi)彈簧、凸輪等機(jī)械部件，需要多名專業(yè)技術(shù)人員共同參與?？紤]到該型斷路器在電網(wǎng)中運(yùn)行數(shù)量較多，更換分合閘摯子帶來(lái)的停電風(fēng)險(xiǎn)和成本壓力同樣較大。

4.3 更換改進(jìn)的分合閘線圈

分合閘線圈結(jié)構(gòu)不合理是本次故障的主要原因所在，僅更換分合閘線圈可以解決本次故障中暴露的問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際故障情況，我們認(rèn)為更換改進(jìn)型分合閘線圈可以解決問(wèn)題。確定更換的線圈為156 Ω，功率400 W，無(wú)須配合更換分合閘摯子和機(jī)構(gòu)即可滿足原有分合閘時(shí)間和速度。同時(shí)將斷路器的主分閘線圈設(shè)置為脫扣裝置下方的線圈，該線圈鐵芯動(dòng)作時(shí)，鐵芯向上推動(dòng)脫扣裝置帶動(dòng)斷路器分閘，避免了位置不對(duì)應(yīng)造成的分閘應(yīng)力過(guò)大的問(wèn)題，如圖4所示。

圖4 更換后的斷路器線圈

這種解決辦法從成本、施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和停電帶來(lái)的電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)等多個(gè)角度來(lái)講性價(jià)比最高。但缺點(diǎn)也比較明顯，使用改進(jìn)形式的線圈，須要保證新線圈與原有機(jī)構(gòu)的脫扣器和分合閘摯子完全匹配，在確保能夠正常分合閘的情況下同時(shí)保證分合閘啟動(dòng)電壓、分合閘速度和分合閘時(shí)間滿足運(yùn)行和繼電保護(hù)動(dòng)作要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

斷路器故障導(dǎo)致的事故在變電站運(yùn)行過(guò)程中偶有發(fā)生，排除存在家族性、設(shè)計(jì)性缺陷的斷路器外，其余的斷路器故障都是若干小概率事故疊加造成的。本文的價(jià)值不僅僅在原因分析，更在于為其他不同型號(hào)斷路器出現(xiàn)分合閘卡澀情況提供了一種解決辦法，通過(guò)改善和更換分合閘線圈，改進(jìn)分合閘線圈鐵芯以及脫扣方式、合理使用主副分閘系統(tǒng)，從而保證斷路器的可靠動(dòng)作和穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)本文也從變電設(shè)備和繼電保護(hù)的角度分析了故障原因，為日后的檢修與運(yùn)維起到了一定的指導(dǎo)作用。