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(wú)法電動(dòng)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(wú)法電動(dòng)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(wú)斷線、短路以及機(jī)械機(jī)構(gòu)有無(wú)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(wú)法電動(dòng)分合閘故障。本文首先分析了傳統(tǒng)處理開關(guān)柜無(wú)法電動(dòng)分合故障的思路及不足；考慮到傳統(tǒng)處理開關(guān)柜無(wú)法電動(dòng)分合故障時(shí)忽視了分合閘線圈疲勞因素，給出針對(duì)分合閘線圈老化疲勞因素導(dǎo)致開關(guān)柜無(wú)法電動(dòng)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(yàn)數(shù)據(jù)確定線圈疲勞因素，完善了開關(guān)柜無(wú)法電動(dòng)故障的處理方法。最后，應(yīng)用某變電站一起實(shí)際事故處理案例，驗(yàn)證了該方法的有效性。

開關(guān)柜；故障處理；機(jī)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(yùn)行需要，開關(guān)柜會(huì)頻繁進(jìn)行分合操作。開關(guān)柜的可靠分合對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著重要作用。長(zhǎng)期運(yùn)行的開關(guān)柜由于制造工藝以及運(yùn)行環(huán)境因素會(huì)出現(xiàn)各類故障，影響其分合操作。無(wú)法電動(dòng)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(jī)械機(jī)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(diǎn)；然后檢查傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，若有卡澀則處理其卡澀部位，使其操作傳動(dòng)良好。但是，控制回路未斷線短路條件下，分合閘線圈因長(zhǎng)期使用發(fā)生老化銹蝕疲勞也將會(huì)導(dǎo)致開關(guān)柜無(wú)法電動(dòng)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(duì)于因分合閘線圈疲勞因素導(dǎo)致的開關(guān)柜無(wú)法電動(dòng)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(wú)法電動(dòng)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(wú)法電動(dòng)分合故障存在的不足；提出了針對(duì)分合閘線圈疲勞因素導(dǎo)致開關(guān)柜無(wú)法電動(dòng)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(yàn)確定分合閘線圈是否疲勞，完善了開關(guān)柜無(wú)法電動(dòng)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(wú)法電動(dòng)合閘故障處理案例，驗(yàn)證了該方法的有效性。

1 開關(guān)柜無(wú)法電動(dòng)分合閘故障傳統(tǒng)處理方法及不足

1.1 開關(guān)柜無(wú)法電動(dòng)分合閘故障傳統(tǒng)處理方法

導(dǎo)致開關(guān)柜無(wú)法電動(dòng)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?yàn)楣收犀F(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(dòng)以及回路元件損壞均會(huì)導(dǎo)致控制回路斷線，使開關(guān)無(wú)法正常分合。此類因素故障現(xiàn)象較為明顯，開關(guān)柜會(huì)發(fā)出控制回路斷線報(bào)警信號(hào)。處理方法是依據(jù)接線圖紙對(duì)各回路進(jìn)行排查，找出故障點(diǎn)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(diǎn)短接或絕緣破壞。

第二類：機(jī)構(gòu)卡澀。機(jī)構(gòu)卡澀分為嚴(yán)重卡澀和微卡澀。手車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的連桿變形、分合閘彈簧疲勞等原因會(huì)造成機(jī)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(zhǎng)期運(yùn)行缺少潤(rùn)滑、積灰等原因會(huì)造成機(jī)構(gòu)的微卡澀，清潔一下機(jī)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(zhǎng)時(shí)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(dòng)作瞬間頂力不夠，導(dǎo)致開關(guān)電動(dòng)分合有時(shí)成功有時(shí)不成功，無(wú)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(dòng)分合幾次手車開關(guān)，然后電動(dòng)試驗(yàn)幾次，若成功分合，即視為問題解決；若分合不成功，則視為機(jī)構(gòu)卡澀問題，更換或潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)。

電動(dòng)操作手車開關(guān)時(shí)，因?yàn)闄C(jī)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(wú)法切換，從而無(wú)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(guò)大跳開控制回路，此時(shí)線圈不被燒掉。因此，當(dāng)開關(guān)柜發(fā)生無(wú)法電動(dòng)分合閘故障時(shí)，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(dú)導(dǎo)致的。故現(xiàn)場(chǎng)處理開關(guān)柜無(wú)法電動(dòng)分合閘故障的傳統(tǒng)方法思路如下。

步驟一：先查看有無(wú)控制回路斷線的報(bào)警信號(hào)。若有報(bào)警信號(hào)執(zhí)行步驟二，無(wú)報(bào)警信號(hào)則執(zhí)行步驟三。

步驟二：若有報(bào)警信號(hào)，則排查控制回路的斷點(diǎn)，一般斷點(diǎn)在分合閘線圈處居多，然后處理斷點(diǎn)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(jī)構(gòu)卡澀引起，則應(yīng)繼續(xù)檢查機(jī)構(gòu)卡澀問題，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行潤(rùn)滑清理或者更換。

步驟三：若無(wú)控制回路斷線報(bào)警信號(hào)，則可以排除控制回路斷線問題，此時(shí)應(yīng)注意檢查操作電源動(dòng)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(dòng)分合時(shí)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(shuō)明控制回路存在短路，依據(jù)圖紙排查短路故障點(diǎn)。

步驟五：若送上操作電源不立刻跳開，進(jìn)行電動(dòng)分合時(shí)操作電源才跳開，則說(shuō)明電動(dòng)分合時(shí)，分合閘回路因分合閘線圈長(zhǎng)時(shí)間帶電產(chǎn)生過(guò)電流導(dǎo)致操作電源跳開。此情況一般由機(jī)構(gòu)卡澀引起，故應(yīng)檢查傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡澀問題，依據(jù)實(shí)際情況，清理潤(rùn)滑或者更換機(jī)構(gòu)零部件，使其傳動(dòng)良好。

1.2 開關(guān)柜無(wú)法電動(dòng)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(wú)法電動(dòng)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(wú)法電動(dòng)分合閘故障情況。若因分合閘線圈長(zhǎng)期使用發(fā)生老化、銹蝕、疲勞，影響其動(dòng)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(guò)電流跳掉。依據(jù)傳統(tǒng)思路方法來(lái)處理此類故障，則歸結(jié)為步驟五進(jìn)行電動(dòng)分合時(shí)跳空開現(xiàn)象，然后歸因于機(jī)構(gòu)卡澀問題，檢查傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)嚴(yán)重卡澀，則歸因于機(jī)構(gòu)的微卡澀問題，手動(dòng)多次分合并潤(rùn)滑清理傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，然后進(jìn)行電動(dòng)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(yùn)行一段時(shí)間后，很可能會(huì)再次出現(xiàn)無(wú)法成功電動(dòng)分合閘情況。

現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行的開關(guān)柜發(fā)生無(wú)法電動(dòng)分合閘故障時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)經(jīng)檢修人員現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)分合幾次后，電動(dòng)即可成功分合的情況。但是，運(yùn)行一段時(shí)間后，此開關(guān)柜再次出現(xiàn)無(wú)法電動(dòng)分合閘的情況。對(duì)于此類問題，現(xiàn)場(chǎng)檢修只保證當(dāng)時(shí)能夠電動(dòng)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(chǎng)處理、分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，此現(xiàn)象主要由兩類原因?qū)е?。一是純機(jī)構(gòu)的卡澀，開關(guān)柜傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，因制造工藝偏差、頻繁操作以及長(zhǎng)期運(yùn)行生銹積灰等，難免某傳動(dòng)連接處會(huì)一時(shí)卡澀，正常電動(dòng)分合閘時(shí)，分合閘線圈頂力不足以使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。此時(shí)，手動(dòng)分合幾次，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)經(jīng)幾次磨合后恢復(fù)正常，電動(dòng)可成功分合閘，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行清洗潤(rùn)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(jī)構(gòu)微卡澀共同作用，其中線圈疲勞為主導(dǎo)作用，機(jī)構(gòu)微卡澀作用微小。由于開關(guān)柜長(zhǎng)期運(yùn)行，機(jī)構(gòu)表面潤(rùn)滑油干枯、銹蝕積灰，相對(duì)于新設(shè)備而言，難免會(huì)出現(xiàn)相對(duì)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(jì)時(shí)已將此情況考慮在內(nèi)，通常條件下不會(huì)影響正常的分合閘。但分合閘線圈長(zhǎng)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(dòng)作瞬間頂力減小，影響最低動(dòng)作電壓以及分合閘時(shí)間等性能參數(shù)，外加機(jī)構(gòu)不可避免地微卡澀現(xiàn)場(chǎng)，導(dǎo)致電動(dòng)有時(shí)無(wú)法成功分合閘。但經(jīng)手動(dòng)分合多次后，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)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(jī)構(gòu)足夠潤(rùn)滑，通?？梢猿晒謴?fù)電動(dòng)分合閘。但此時(shí)，機(jī)構(gòu)的最低動(dòng)作電壓等性能參數(shù)已經(jīng)接近或超過(guò)開關(guān)柜相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的邊緣值；運(yùn)行一段時(shí)間之后，會(huì)再次出現(xiàn)無(wú)法成功電動(dòng)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(jī)構(gòu)正常的微卡澀條件下，依然可以成功分合，且各個(gè)項(xiàng)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(duì)線圈疲勞因素導(dǎo)致的開關(guān)柜無(wú)法電動(dòng)故障處理方法

由上述分析可知，若無(wú)控制回路斷線報(bào)警信號(hào)，且送上開關(guān)柜操作電源空開不跳，電動(dòng)分合閘時(shí)才跳控制電源空開，此時(shí)應(yīng)增加考慮線圈疲勞因素。即在傳統(tǒng)處理開關(guān)柜無(wú)法電動(dòng)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(wú)法電動(dòng)分合閘故障，以此來(lái)完善高壓開關(guān)柜無(wú)法電動(dòng)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(wú)法電動(dòng)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(wú)斷線信號(hào)，控制電源空開正常不跳，電動(dòng)分閘或合閘不成功，且跳控制電源空開；潤(rùn)滑傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，經(jīng)手動(dòng)分合多次后，可成功進(jìn)行電動(dòng)分合。則懷疑為分合閘線圈疲勞。

2）試驗(yàn)判定。一是做開關(guān)柜機(jī)械特性試驗(yàn)，若分合閘線圈疲勞，則動(dòng)作電壓、分合閘時(shí)間等性能參數(shù)接近或者超過(guò)規(guī)定范圍上限。二是測(cè)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(yàn)斷定為線圈疲勞后，更換相應(yīng)的分合閘線圈。

4）試驗(yàn)驗(yàn)證。做開關(guān)柜機(jī)械特性試驗(yàn)，此時(shí)動(dòng)作電壓、分合閘時(shí)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(wú)法電動(dòng)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(wú)法電動(dòng)故障的步驟五中，可完善開關(guān)柜無(wú)法電動(dòng)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(wú)法成功電動(dòng)分合故障。

3 實(shí)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(wú)法電動(dòng)合閘故障處理案例為例，驗(yàn)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(hào)投運(yùn)3號(hào)電容器時(shí)，進(jìn)行35kV3C3開關(guān)柜電動(dòng)合閘時(shí)，3C3開關(guān)柜合閘不成功，操作電源空開跳掉。

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

表1 機(jī)械特性試驗(yàn)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(dòng)作電壓范圍應(yīng)在30%～65%U,即66～143V之間；合閘時(shí)間80ms之內(nèi)合格。由表1可知，此開關(guān)柜的合閘最低動(dòng)作電壓過(guò)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(jī)構(gòu)卡澀問題，于是對(duì)傳動(dòng)機(jī)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(jī)械特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)依然未能改善，排除機(jī)構(gòu)卡澀問題。隨后，懷疑合閘線圈問題，更換合閘線圈后機(jī)械特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 換合閘線圈后機(jī)械特性試驗(yàn)參數(shù)

對(duì)比表2表1可知，更換合閘線圈后其機(jī)械特性參數(shù)得到明顯改善，合閘時(shí)間優(yōu)化減小25%，大幅度低于上限值80ms；最低動(dòng)作電壓由原接近上限值的142V改善為87V。進(jìn)一步測(cè)量更換下來(lái)的線圈阻值發(fā)現(xiàn)，原合閘線圈的實(shí)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(zhǎng)時(shí)間使用發(fā)生銹蝕、疲勞，電阻變大。經(jīng)過(guò)此次處理之后，該開關(guān)柜后期多次電動(dòng)分合操作均正常，至今未發(fā)生無(wú)法電動(dòng)分合閘情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)處理開關(guān)柜無(wú)法電動(dòng)分合閘故障的方法只考慮了控制回路斷線、短路以及機(jī)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(jī)構(gòu)未卡澀條件下，分合閘線圈因疲勞因素導(dǎo)致的無(wú)法電動(dòng)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(wú)法電動(dòng)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(hào)電容器3C3開關(guān)柜故障處理案例，驗(yàn)證了該方法的有效性。

[1] 變電設(shè)備檢修（上冊(cè)）[M].國(guó)網(wǎng)技術(shù)學(xué)院.

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2017-06-22）