孫洪斌, 陳 青, 范偉月, 項(xiàng) 鴻

(安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 安徽 合肥 230022)

0 引言

高壓斷路器是用來(lái)接通和開(kāi)斷高壓電路，它既能分合正常負(fù)荷電流，又能切斷巨大的短路故障電流，迅速可靠地熄滅電弧，所以它是企業(yè)變電站中最重要的運(yùn)行操作電氣設(shè)備。高壓斷路器的控制操作回路承擔(dān)著高壓斷路器的基本手動(dòng)、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置自動(dòng)分合閘任務(wù)，能夠顯示斷路器合閘、分閘位置狀態(tài)的紅、綠燈信號(hào)，并且能夠利用斷路器控制操作手柄與斷路器實(shí)際位置不對(duì)應(yīng)的原理區(qū)分手動(dòng)與自動(dòng)操作的不同，并且跳閘、合閘線圈按照短時(shí)通電要求設(shè)計(jì)，以防止長(zhǎng)時(shí)間大電流發(fā)熱燒壞線圈，因此在合閘、分閘操作任務(wù)完成后，斷路器的控制回路應(yīng)該自動(dòng)切斷合、分閘回路，無(wú)論斷路器是否帶有機(jī)械閉鎖裝置，都應(yīng)該具備防止高壓斷路器多次跳、合閘的電氣防跳功能[1]。企業(yè)變電站的高壓斷路器一旦無(wú)法正常分合閘，將造成用戶失電損失，因此加強(qiáng)高壓斷路器控制回路的運(yùn)行維護(hù)及其重要。

1 故障經(jīng)過(guò)

2021年12月3日上午7時(shí)15分，安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院10 kV變配電所值班人員報(bào)告葛電線(葛大店-安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院)01#總進(jìn)線柜01#高壓真空斷路器在操作過(guò)程手動(dòng)合閘失敗，運(yùn)行維護(hù)工程師及配電技術(shù)社團(tuán)成員立即攜帶真空高壓斷路器控制回路的原理圖、展開(kāi)圖、二次接線圖(盤(pán)面布置圖、屏后接線圖、端子排圖)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)排查故障保電，以確保當(dāng)天的第七屆安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院技能運(yùn)動(dòng)會(huì)開(kāi)幕式及比賽順利進(jìn)行。安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院10 kV變配電所主接線為單母線分段2進(jìn)2出雙電源接線，其中01#總進(jìn)線由國(guó)網(wǎng)合肥供電公司10 kV葛大店開(kāi)閉所來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)檢查中央信號(hào)屏警鈴告警，故障顯示為01#高壓斷路器控制回路故障光字牌點(diǎn)亮。

2 合閘故障查找處理過(guò)程

高壓真空斷路器開(kāi)關(guān)柜柜型為全金屬封閉鎧裝手車(chē)式，型號(hào)：KYN28-12Z/T630 20，真空斷路器本體為VS1型，操作機(jī)構(gòu)為彈簧驅(qū)動(dòng)，利用彈簧被拉伸或壓縮而儲(chǔ)存的機(jī)械勢(shì)能進(jìn)行高壓斷路器的合閘、分閘操作，彈簧儲(chǔ)能直流電動(dòng)機(jī)為直流電壓220 V，功率1.5 kW，特點(diǎn)是合、分閘速度快，合閘電流小，所以可以直接利用控制開(kāi)關(guān)接通合閘回路電流，高壓斷路器操作電源為直流電壓220 V,綜保裝置為南瑞微機(jī)保護(hù)RCS-9611CS。

2.1 開(kāi)關(guān)柜合閘回路及儲(chǔ)能回路的檢查

斷路器控制回路的原理圖(局部)如圖1所示。操作電源空氣開(kāi)關(guān)上口測(cè)得直流電壓+224 V，斷開(kāi)空氣開(kāi)關(guān)，測(cè)得下口(回路編號(hào)101與102之間)直流電壓0 V；合上空氣開(kāi)關(guān)，測(cè)得下口直流電壓+224 V，用萬(wàn)用表直流電壓檔紅表筆接回路編號(hào)101，黑表筆接回路編號(hào)102，測(cè)得電壓也是直流電壓+224 V，101回路對(duì)地直流電壓+112 V，102回路對(duì)地直流電壓-112 V。說(shuō)明斷路器直流控制回路直流操作電源正常，沒(méi)有串入其他電源。

把真空斷路器搖到試驗(yàn)位置，打開(kāi)斷路器柜門(mén)，卸下斷路器本體面板，發(fā)現(xiàn)電氣閉鎖電磁鐵在吸合位置，推斷電磁閉鎖合閘回路的試驗(yàn)位置行程接點(diǎn)S8(操作接點(diǎn)位置見(jiàn)圖1，下同)及斷路器的常閉接點(diǎn)導(dǎo)通完好，斷開(kāi)合閘閉鎖空氣開(kāi)關(guān)，檢查中央信號(hào)屏01#高壓斷路器控制回路故障光字牌仍然點(diǎn)亮，說(shuō)明合閘閉鎖回路完好。

高壓開(kāi)關(guān)柜斷電后，拔下航空插頭對(duì)斷路器儲(chǔ)能回路進(jìn)行檢查，對(duì)儲(chǔ)能回路各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行檢查，儲(chǔ)能閉鎖接點(diǎn)S3導(dǎo)通，判斷儲(chǔ)能電機(jī)回路及閉鎖合閘回路工作正常。

防跳回路中跳閘線圈動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)會(huì)隔絕合閘脈沖，也將影響合閘操作。所以用萬(wàn)用表測(cè)量?jī)?nèi)部防跳繼電器K0的常閉接點(diǎn)K0導(dǎo)通，說(shuō)明繼電器內(nèi)部并無(wú)故障。判斷防跳合閘通道工作正常。

合上操作電源，短接回路編號(hào)101與103，既直接短接正電源和合閘回路，發(fā)現(xiàn)整流模塊V2直流輸出電壓220 V，判斷控制電路板合閘整流模塊工作正常。

圖1 斷路器控制回路的原理圖(局部)

2.2 合閘回路故障操作試驗(yàn)與排查

斷路器位置指示及綜保的綠燈都亮，說(shuō)明當(dāng)前斷路器在分閘位置，綜保的合閘回路完好，首先操作手柄切換到就地位置，電機(jī)儲(chǔ)能切換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到自動(dòng)位置，操作LW2萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)由分閘后位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度到預(yù)備合閘，綠燈閃爍，然后再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度實(shí)行手動(dòng)合閘，仍然是綠燈亮，說(shuō)明手動(dòng)合閘失??；儲(chǔ)能指示燈顯示已經(jīng)儲(chǔ)能，操作斷路器本體合閘綠色按鈕，彈簧釋放能量，位置指示紅燈亮，說(shuō)明合閘成功，斷路器在合閘后位置，并且跳閘回路完好，同時(shí)儲(chǔ)能燈再次亮起，為下一次跳閘做好電氣和機(jī)械準(zhǔn)備。操作萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)手動(dòng)跳閘成功。結(jié)論：LW2萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)可以進(jìn)行分閘但不可以合閘，斷路器本體試驗(yàn)按鈕分合閘均可操作。

綜保綠燈亮，說(shuō)明綜保合閘回路完好，用短接線對(duì)回路編號(hào)101與103短接，斷路器合閘仍然失敗。拉出故障小車(chē)，用備用真空斷路器手車(chē)替換，操作控制手柄手動(dòng)合閘，紅燈亮，合閘成功，并且能夠及時(shí)儲(chǔ)能。據(jù)此推斷綜保、智能操作裝置(上海愛(ài)可信ACX6100-B4)是正常完好的。

2.3 01#斷路器合閘故障原因初步推斷

綜合以上操作試驗(yàn)測(cè)試，判斷出01#斷路器直流操作電源，01#斷路器儲(chǔ)能電機(jī)，01#斷路器內(nèi)部防跳繼電器回路，01#斷路器合閘回路整流模塊，01#斷路器直流控制合閘回路，01#斷路器分閘回路均無(wú)短路斷路故障，可正常工作。同時(shí)又因?yàn)槭褂肰S1真空斷路器本體試驗(yàn)合閘按鈕，可以順利進(jìn)行合閘試驗(yàn)，說(shuō)明VS1真空斷路器本體操動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)卡澀等故障，可正常工作，那么整個(gè)回路只剩下真空斷路器本體內(nèi)部的合閘回路沒(méi)有進(jìn)行試驗(yàn)。據(jù)此可以推斷說(shuō)明合閘故障出在真空斷路器本體的合閘相關(guān)電氣回路。

2.4 01#斷路器本體的合閘電氣回路故障排查

首先在檢修位置卸下手車(chē)真空斷路器本體操作機(jī)構(gòu)面板，結(jié)合斷路器控制回路展開(kāi)圖，使用萬(wàn)用表檢查合閘回路103至負(fù)電源102回路，依次使用萬(wàn)用表對(duì)整流輸入輸出模塊，斷路器常閉輔助接點(diǎn)，內(nèi)部防跳繼電器K0，閉鎖電磁鐵Y1，儲(chǔ)能閉鎖接點(diǎn)S3測(cè)量電阻，電阻數(shù)值均接近與零，無(wú)開(kāi)路現(xiàn)象。判斷整流輸入和輸出模塊，斷路器常閉輔助接點(diǎn)，內(nèi)部防跳繼電器K0，閉鎖電磁鐵Y1，儲(chǔ)能閉鎖接點(diǎn)S3全部完好，但是在測(cè)量合閘線圈HQ引出線時(shí)發(fā)現(xiàn)電阻無(wú)窮大，判斷線圈開(kāi)路。由于現(xiàn)場(chǎng)合閘線圈安裝在操作機(jī)構(gòu)的合閘脫扣器及合閘閉鎖電磁鐵的后下方，目視不容易看清(圖2)，在接近時(shí)嗅聞到明顯的電氣焦糊味，加強(qiáng)局部照明，發(fā)現(xiàn)合閘線圈已經(jīng)燒毀(圖3)。

圖2 合閘線圈位置示意 圖3 燒毀的合閘線圈

2.5 合閘調(diào)試

更換合閘線圈DC220 V/130 Ω。真空斷路器手車(chē)在試驗(yàn)位置，拔下斷路器二次插頭，手動(dòng)操作LW2轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)到合閘位置(即C位置)，測(cè)量103回路航空插頭14觸點(diǎn)為+112 V,松開(kāi)手柄返回到合閘后CD狀態(tài)，14觸點(diǎn)仍然為+112 V，說(shuō)明5～8合閘接點(diǎn)發(fā)生粘連，更換LW2萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，測(cè)試通過(guò)。插上二次插頭，手動(dòng)合閘，紅燈亮，合閘成功。故障排查搶修結(jié)束，搶修歷時(shí)60分鐘，電氣學(xué)院10 kV配電房高壓1號(hào)主進(jìn)線順利送電，保電成功。

3 故障結(jié)論

本次葛電線(葛大店-安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院)01#總進(jìn)線柜01#高壓真空斷路器在操作過(guò)程手動(dòng)合閘失敗故障是一次由于VS1真空斷路器本體內(nèi)部合閘線圈燒毀造成的斷路器合閘回路斷路導(dǎo)致的手動(dòng)合閘失敗的事件。VS1真空斷路器本體內(nèi)部合閘線圈在高壓斷路器合閘動(dòng)作中起關(guān)鍵作用，屬于核心部件。VS1真空斷路器本體內(nèi)部合閘線圈使用的是銅質(zhì)導(dǎo)線繞成的具備空心的柱形線圈。在合閘過(guò)程中，合閘線圈通電以后因?yàn)殡姶抛饔玫玫酱判?，使得合閘線圈的銜鐵撞擊斷路器的合閘操動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而完成斷路器合閘的動(dòng)作。可以看出斷路器合閘線圈通電是斷路器合閘的首要步驟。在本次故障中，由于VS1真空斷路器本體內(nèi)部合閘線圈已經(jīng)燒毀，導(dǎo)致合閘線圈無(wú)法通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，進(jìn)而銜鐵不能在合閘指令下撞擊合閘操動(dòng)機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致合閘操動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)法收到合閘指令，產(chǎn)生手動(dòng)合閘失敗故障。

4 合閘回路線圈燒壞原因分析

真空斷路器本體內(nèi)部合閘線圈的設(shè)計(jì)要求是短時(shí)通電即可完成操作機(jī)構(gòu)的彈簧儲(chǔ)能釋放實(shí)現(xiàn)手動(dòng)合閘。真空斷路器本體內(nèi)部合閘線圈燒壞的根本原因在于合閘線圈通電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。真空斷路器本體內(nèi)部合閘線圈電阻為130 Ω，又由于合閘線圈產(chǎn)生的電磁力要克服復(fù)位彈簧的強(qiáng)大拉力，所以合閘線圈的電流必須很大[2]。稍微長(zhǎng)一點(diǎn)的通電時(shí)間即可產(chǎn)生較大的熱量。合閘線圈過(guò)熱可能造成合閘線圈部分氧化，而氧化又會(huì)增大合閘線圈的電阻，進(jìn)一步加大熱量的產(chǎn)生，進(jìn)入發(fā)熱過(guò)高，氧化電阻增大，發(fā)熱更多形成惡性循環(huán)，從而導(dǎo)致合閘線圈燒壞?？赡馨l(fā)生合閘線圈通電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的原因主要有兩點(diǎn)：一是在企業(yè)配電房新進(jìn)電氣值班員或者學(xué)校實(shí)訓(xùn)學(xué)生由于倒閘操作技能生疏，手動(dòng)合閘操作C位時(shí)間太長(zhǎng)，超過(guò)2秒；二是檢修維護(hù)時(shí)不細(xì)心，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)LW2手動(dòng)合閘接點(diǎn)5～8自動(dòng)返回時(shí)粘連，沒(méi)有斷開(kāi)合閘線圈與電源的連接。這兩種情況都可能導(dǎo)致合閘線圈通電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)生過(guò)多的熱量導(dǎo)致合閘線圈燒毀的嚴(yán)重事故?；仡櫛敬喂收习l(fā)生前，因?yàn)榕浜习不针姎夤こ搪殬I(yè)技術(shù)學(xué)院10 kV智能配電實(shí)訓(xùn)室的改造，01#高壓真空斷路器有一段時(shí)間的頻繁操作,推測(cè)在這些操作過(guò)程中可能存在操作萬(wàn)能開(kāi)關(guān)LW2手動(dòng)合閘觸點(diǎn)5～8自動(dòng)返回時(shí)粘連的問(wèn)題發(fā)生,從而引起的本次嚴(yán)重故障的發(fā)生。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本次故障的判斷處理，可以得出真空斷路器本體內(nèi)部合閘線圈不能長(zhǎng)時(shí)間的通電，避免引起過(guò)熱燒毀的結(jié)論。建議在日常巡檢中加強(qiáng)對(duì)萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的檢查，尤其是萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)接點(diǎn)自動(dòng)返回的情況要多做測(cè)試和維護(hù)，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)斷路器的動(dòng)合和動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)的通斷切換的試驗(yàn)維護(hù)。另一方面電氣運(yùn)行值班人員在倒閘操作過(guò)程中應(yīng)該嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行，要按照規(guī)程規(guī)范要求對(duì)斷路器使用遠(yuǎn)方操作方式[3]，減少萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的使用。

根據(jù)本次高壓斷路器合閘故障原因事故分析，建議在日常維護(hù)和相關(guān)檢修計(jì)劃中安排望電線(望湖開(kāi)閉所-電氣學(xué)院)2號(hào)主進(jìn)線、00號(hào)母聯(lián)斷路器、1號(hào)和2號(hào)10 kV主變壓器進(jìn)線柜、03#和04#高壓出線的高壓斷路器控制回路的LW2萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的5～8手動(dòng)合閘、6～7手動(dòng)跳閘觸點(diǎn)的導(dǎo)通后自動(dòng)返回切斷合閘、分閘線圈電流的測(cè)試，以及斷路器的常開(kāi)、常閉輔助觸點(diǎn)的通斷切換翻轉(zhuǎn)時(shí)間與行程的測(cè)試和調(diào)試維護(hù)，從而避免安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院10 kV配電房高壓斷路器運(yùn)行過(guò)程中再次發(fā)生同樣的送電合閘失敗的故障。