吳 闖

(國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司鎮(zhèn)江供電分公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

0 引言

高壓斷路器作為電網(wǎng)設(shè)備中必不可少的開關(guān)電器，要求必須能長(zhǎng)期可靠工作，且在故障情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)快速分?jǐn)唷嗦菲鞣趾祥l操作的可靠性與其操作機(jī)構(gòu)、控制回路密切相關(guān)，作為斷路器控制回路中的重要元件，分合閘線圈經(jīng)常會(huì)因輔助觸點(diǎn)故障粘連、操作機(jī)構(gòu)機(jī)械故障使分合閘輔助觸點(diǎn)無(wú)法斷開等原因，造成線圈長(zhǎng)時(shí)間通電而燒毀[1]。

1 斷路器故障簡(jiǎn)述

某日，金鳳變電站220 kV金永4Y63線路改造后啟動(dòng)投運(yùn)。當(dāng)用金永4Y63開關(guān)對(duì)線路沖擊一次正常后，調(diào)度發(fā)令拉開金永4Y63開關(guān)。運(yùn)行人員執(zhí)行該項(xiàng)操作任務(wù)后，金永4Y63開關(guān)C相機(jī)構(gòu)拒動(dòng)，開關(guān)非全相保護(hù)動(dòng)作，繼而C相兩組分閘線圈燒毀。

2 斷路器故障檢查與分析

2.1 系統(tǒng)運(yùn)行情況

金鳳變除待充電的金永4Y63間隔運(yùn)行于220 kV副母線，其余出線均運(yùn)行于220 kV正母線，220 kV母聯(lián)2510開關(guān)投入運(yùn)行，金永4Y63線路保護(hù)尚未啟用，其斷路器過(guò)流保護(hù)投用；220 kV母聯(lián)2510開關(guān)過(guò)流保護(hù)啟用，220 kV母差保護(hù)接信號(hào)。若沖擊時(shí)線路發(fā)生故障，依靠?jī)膳_(tái)開關(guān)的過(guò)流保護(hù)切除故障，運(yùn)行方式如圖1所示。

圖1 一次系統(tǒng)運(yùn)行方式

2.2 保護(hù)動(dòng)作情況

金永4Y63開關(guān)分閘操作后A，B相正常分閘，C相未變位。站內(nèi)設(shè)備及線路設(shè)備均無(wú)故障，過(guò)流保護(hù)未動(dòng)作。此時(shí)，開關(guān)非全相保護(hù)動(dòng)作跳閘出口。在C相仍未分閘后，非全相保護(hù)動(dòng)作條件仍然滿足，在一定時(shí)間內(nèi)持續(xù)發(fā)出跳閘信號(hào)。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

2.3.1 保護(hù)裝置檢查

檢查保護(hù)裝置發(fā)現(xiàn)金永4Y63開關(guān)PCS-931G及PSL603U線路保護(hù)裝置異常告警，報(bào)“開關(guān)本體三相不一致保護(hù)動(dòng)作”；CZX-12G操作箱上A，B，C三相跳閘信號(hào)燈、回路監(jiān)視燈均熄滅，屏后兩組直流控制電源空開跳開。

2.3.2 一次設(shè)備檢查

現(xiàn)場(chǎng)檢查開關(guān)位置，發(fā)現(xiàn)金永4Y63開關(guān)A，B兩相處于分位，C相在合位狀態(tài)，開關(guān)發(fā)生非全相故障。待實(shí)施安全隔離措施后，打開C相機(jī)構(gòu)箱，有燒糊氣味，發(fā)現(xiàn)兩組分閘線圈均已燒毀。進(jìn)一步解體檢查發(fā)現(xiàn)C相傳動(dòng)機(jī)構(gòu)因生銹卡死。

2.4 保護(hù)動(dòng)作過(guò)程分析

2.4.1 開關(guān)機(jī)構(gòu)卡死

金永4Y63開關(guān)間隔擴(kuò)建施工結(jié)束距離投運(yùn)日期已有半年，由于機(jī)構(gòu)箱密封條性能不佳，經(jīng)過(guò)汛期及夏季高溫天氣后，箱內(nèi)持續(xù)受潮；加之備用間隔的加熱電源、除濕電源均未投用，導(dǎo)致斷路器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)被潮氣侵蝕，繼而生銹。雖投運(yùn)前做了設(shè)備檢查及保護(hù)聯(lián)跳試驗(yàn)，但在投運(yùn)時(shí)發(fā)生了機(jī)構(gòu)卡滯。

2.4.2 非全相保護(hù)動(dòng)作

對(duì)空載線路進(jìn)行沖擊時(shí)，當(dāng)4Y63開關(guān)C相機(jī)構(gòu)卡死拒分，母聯(lián)2510開關(guān)及4Y63開關(guān)的過(guò)流保護(hù)僅監(jiān)測(cè)到C相很小的空載電流，過(guò)流(零序)保護(hù)不足以動(dòng)作；且此時(shí)線路保護(hù)尚未啟用，線路保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，斷路器失靈保護(hù)也不會(huì)啟動(dòng)。但是，開關(guān)本體三相不一致滿足動(dòng)作條件，啟動(dòng)了跳閘回路，跳4Y63開關(guān)，如圖2所示。

圖2 斷路器本體三相不一致回路

斷路器本體三相不一致保護(hù)采用的是開關(guān)輔助接點(diǎn)，其常開接點(diǎn)并聯(lián)、常閉接點(diǎn)并聯(lián)后再串聯(lián)。當(dāng)開關(guān)實(shí)際位置發(fā)生三相不一致后，啟動(dòng)時(shí)間繼電器，經(jīng)延時(shí)后啟動(dòng)出口繼電器，跳開斷路器。因此，在C相機(jī)構(gòu)卡死常開輔助接點(diǎn)導(dǎo)致接點(diǎn)閉合、A，B相分開后其常閉輔助接點(diǎn)閉合的情況下，本體三相不一致啟動(dòng)，跳閘一直保護(hù)出口。

2.4.3 分閘線圈燒毀

4Y63開關(guān)為阿?，mGL314型開關(guān)。根據(jù)其工作原理，當(dāng)斷路器處于合閘位置時(shí)，斷路器常開輔助接點(diǎn)閉合，一旦保護(hù)分相跳閘接點(diǎn)動(dòng)作，跳閘回路接通，跳閘保持繼電器動(dòng)作并由繼電器接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自保持，直到斷路器跳開，輔助接點(diǎn)斷開。

本次故障中，當(dāng)4Y63開關(guān)本體三相不一致保護(hù)動(dòng)作跳開關(guān)時(shí)，C相機(jī)構(gòu)保持卡死狀態(tài)，斷路器常開輔助接點(diǎn)不能斷開跳閘回路，使得兩組分閘線圈長(zhǎng)期通電，最終被擊穿短路，造成兩組直流控制電源空開跳開，操作箱上分合閘位置指示燈熄滅。

3 線圈燒毀原因分析

斷路器分合閘線圈都是按短時(shí)通電設(shè)計(jì)的。一般線圈電阻為100～200 Ω，且線徑細(xì)、匝數(shù)多，正常情況線圈帶電時(shí)間不超過(guò)1 s。當(dāng)二次回路中的電流無(wú)法被正常切斷時(shí)，線圈長(zhǎng)時(shí)間帶電將產(chǎn)生大量熱量，致使線圈燒毀[2]。

3.1 電磁鐵自身故障

由斷路器機(jī)構(gòu)的工作原理可知，若電磁鐵的固定螺栓松動(dòng)，將造成電磁鐵整體產(chǎn)生位移，導(dǎo)致鐵心撞擊力度或角度不對(duì)而使分合閘失敗。電磁鐵鐵心銹蝕后，將造成鐵心活動(dòng)卡澀。線圈本身老化或者鐵心的活動(dòng)沖程過(guò)小，也會(huì)造成鐵心頂不動(dòng)脫扣機(jī)構(gòu)而使線圈長(zhǎng)時(shí)間通電燒毀[3]。

3.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障

斷路器傳動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)在安裝調(diào)試過(guò)程中，由于保持摯子與滾輪接觸位置過(guò)高，或轉(zhuǎn)動(dòng)連桿調(diào)整位置過(guò)深，分合閘擋板位置不當(dāng)?shù)惹闆r，最終都會(huì)導(dǎo)致電磁鐵鐵心頂桿的力度不能使機(jī)構(gòu)及時(shí)脫扣，線圈過(guò)熱而燒毀。

3.3 輔助開關(guān)故障

斷路器分合閘回路的切斷主要依靠輔助開關(guān)，正常狀態(tài)下輔助開關(guān)的觸點(diǎn)接觸良好且在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。然而實(shí)際調(diào)整斷路器開距和超行程等參數(shù)時(shí)，會(huì)改變斷路器分合閘的初始狀態(tài)，如未對(duì)輔助開關(guān)分合位置的初始狀態(tài)做相應(yīng)調(diào)整，分閘時(shí)輔助開關(guān)觸點(diǎn)行程過(guò)長(zhǎng)，將導(dǎo)致輔助開關(guān)不能正常切換分合閘回路而使線圈燒毀[4]。

3.4 分合閘回路電阻偏大

分合閘回路絕緣降低或是線徑過(guò)細(xì)、端子松動(dòng)銹蝕等造成回路電阻偏大，使得分合閘回路電壓有衰減，導(dǎo)致控制電壓達(dá)不到線圈分合閘電壓動(dòng)作值，線圈長(zhǎng)期帶電而燒毀。更換分合閘線圈時(shí)，不注意斷路器動(dòng)作機(jī)構(gòu)的技術(shù)要求，把阻值、線徑等條件不匹配的線圈更換上，造成線圈燒壞。

4 防范措施

4.1 正確判斷與處理

針對(duì)斷路器發(fā)生三相不一致的故障，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況考慮第一時(shí)間拉開其控制電源，避免分合閘回路長(zhǎng)時(shí)間自保持，燒毀線圈或回路元件，尤其是類似斷路器空載、一相機(jī)構(gòu)卡死拒分的情形，要及時(shí)準(zhǔn)確做出判斷。異常處理時(shí)，要做好風(fēng)險(xiǎn)分析，對(duì)斷路器操作機(jī)構(gòu)、控制回路逐一進(jìn)行排查，綜合分析。

4.2 加強(qiáng)運(yùn)維管理

加大對(duì)端子箱密封性能、加熱器、除濕器及其電源的檢查力度，防止發(fā)生箱內(nèi)設(shè)備生銹、霉變，而影響設(shè)備安全運(yùn)行。結(jié)合斷路器預(yù)試、小修等停電工作，對(duì)斷路器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、操作回路進(jìn)行保養(yǎng)，對(duì)生銹部位進(jìn)行打磨、除銹、潤(rùn)滑，逐一檢查回路端子、輔助接點(diǎn)，防止發(fā)生機(jī)構(gòu)拒動(dòng)故障。

4.3 改進(jìn)分合閘回路

針對(duì)分合閘線圈長(zhǎng)期通電燒毀的故障，可在斷路器控制回路中增加線圈保護(hù)元件，如圖3所示。斷路器在分閘操作過(guò)程中，同時(shí)啟動(dòng)時(shí)間繼電器SJ。若因某種原因，造成斷路器輔助開關(guān)不能正確切換，經(jīng)過(guò)時(shí)間繼電器SJ延時(shí)后(延時(shí)整定值大于斷路器分閘時(shí)間)，由常閉觸點(diǎn)SJ代替開關(guān)輔助接點(diǎn)DL，將分閘回路斷開，使分閘保持繼電器返回，避免分閘線圈被燒毀。

圖3 改進(jìn)后的斷路器分閘回路示意

此種方案的缺點(diǎn)在于時(shí)間繼電器的時(shí)間整定及配合上比較嚴(yán)格。整定時(shí)間太短，斷路器輔助接點(diǎn)尚未正常打開，操作回路就已斷開，分閘操作不能完成；時(shí)間太長(zhǎng)，在斷路器輔助接點(diǎn)不能正確切換的情況下，仍會(huì)引起線圈長(zhǎng)時(shí)間通電發(fā)熱。綜合考慮斷路器分閘時(shí)間小于0.1 s，時(shí)間繼電器SJ的整定時(shí)間可設(shè)為3 s。同時(shí)，由于回路元件增多，帶來(lái)的故障幾率可能增大，增加的功能僅為了降低線圈燒毀的幾率，其實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性有待實(shí)踐檢驗(yàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)一起220 kV斷路器分閘線圈燒毀故障進(jìn)行了深入檢查，對(duì)斷路器電磁鐵、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、輔助開關(guān)、分合閘回路進(jìn)行分析，查找可能的原因。提出了正確判斷并及時(shí)斷電處置、加強(qiáng)斷路器運(yùn)維管理、增加分/合閘線圈保護(hù)元件等防范措施，進(jìn)一步保障設(shè)備安全可靠運(yùn)行。