手車式真空斷路器合閘線圈燒毀故障分析處理

林　寧（廣西西江開發(fā)投資集團(tuán)有限公司百色分公司，廣西 百色 533000）

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手車式真空斷路器合閘線圈燒毀故障分析處理

林寧（廣西西江開發(fā)投資集團(tuán)有限公司百色分公司，廣西 百色 533000）

本文通過分析手車式真空斷路器合閘線圈燒毀案例，暴露了當(dāng)前部分?jǐn)嗦菲髟O(shè)計存在的一些缺陷，為真空斷路器及其輔助設(shè)備的設(shè)計生產(chǎn)和運(yùn)行提供參考。

手車；斷路器；合閘

手車式真空斷路器是當(dāng)前電廠中應(yīng)用較廣的一種高壓開關(guān)設(shè)備，斷路器本體可以通過手車即手動底盤車移動將背部觸頭與母線分離，不需要隔離刀閘作為斷開點，此設(shè)計可節(jié)約投資，運(yùn)行方式切換也很方便。但實際應(yīng)用表明，仍存在的一些缺陷可能導(dǎo)致電氣事故發(fā)生。

某電廠2008年投運(yùn)，自2011年起，同一型號的10kV手車式真空斷路器共發(fā)生了4次合閘線圈燒毀故障。前兩次故障出現(xiàn)時，技術(shù)人員已對斷路器相關(guān)電路和機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，更換合閘線圈后能恢復(fù)正常運(yùn)行。第三次故障出現(xiàn)后，也同樣經(jīng)過檢查和更換線圈工作，但投運(yùn)后仍立即導(dǎo)致了第四次合閘線圈燒毀故障出現(xiàn)。

作者分析認(rèn)為之前的檢查流程并無不妥。每次更換合閘線圈后，均進(jìn)行了合閘回路檢查、輔助接點檢查、機(jī)械特性數(shù)據(jù)檢測等工作。此后，斷路器通過手車搖出至試驗位置，分別在斷路器本體面板上手動合閘、遠(yuǎn)方發(fā)令合閘多次，都能合閘成功。因此故障源應(yīng)在切換斷路器工作位置與試驗位置的機(jī)構(gòu)中。

在安全防護(hù)條件下，拆除斷路器后方封裝板，將斷路器搖入至工作位置并遠(yuǎn)方發(fā)令合閘，觀察到合閘線圈鐵芯有動作，但合閘機(jī)構(gòu)未見動作，同時同期裝置告警，合閘線圈一直處于得電狀態(tài)。立即復(fù)位合閘指令，近距離觀察合閘線圈，以手按動線圈鐵芯，發(fā)現(xiàn)鐵芯在打向合閘動作觸板的行程中被合閘閉鎖連桿阻擋，如圖1所示（箭頭代表設(shè)備的行走方向）。

圖1　合閘線圈動作示意圖

合閘閉鎖連桿是在斷路器本體的機(jī)械閉鎖結(jié)構(gòu)，用于與手動底盤車相配合，當(dāng)?shù)妆P車將斷路器拖離工作位置和試驗位置時，連桿直接上升至合閘線圈的行走路線中，阻擋線圈鐵芯觸動合閘動作觸板釋放合閘能量。合閘閉鎖連桿在開關(guān)柜中的位置如圖2所示。

圖2　開關(guān)柜柜內(nèi)結(jié)構(gòu)示意圖

開關(guān)柜中置固定滑軌有特定的凹陷區(qū)域，用于界定斷路器的位置是否處于工作位置、檢修位置、試驗位置。當(dāng)?shù)妆P車載斷路器行走時，此滑軌固定不動，夾軌器隨斷路器行走，行走離開凹槽時，夾軌器被滑軌支撐張開并傳動至合閘閉鎖連桿。

如圖3所示，當(dāng)夾軌器行走到BC位置、FG位置分別對應(yīng)斷路器工作位、試驗位，合閘線圈應(yīng)可正常動作；DE位置對應(yīng)斷路器檢修位，CD、EF是過渡位置，這些位置都不允許合閘。實際操作發(fā)現(xiàn)，只要夾軌器開合行程略微大于BB′寬度，合閘過程就會受阻，這也是出于安全考慮的設(shè)計。

圖3　開關(guān)柜中置固定滑軌示意圖

基于上述的分析，最可能的情況是：某廠手車式斷路器的工作位置與底盤車的閉鎖機(jī)構(gòu)未對應(yīng)正確，導(dǎo)致合閘線圈卡阻燒毀。作者觀察，工作人員手搖底盤車至合閘位置后，取下?lián)u桿的同時合閘閉鎖連桿有輕微向上移動跡象。底盤車為方便使用手搖，設(shè)計搖桿中心距地面約70cm，當(dāng)搖至合閘位置后，取出搖桿的同時可能還有向上提的動作，盡管很輕微，也會導(dǎo)致少量的旋轉(zhuǎn)，最終使合閘線圈卡阻。提議工作人員搖好位置后水平取出搖桿，測試合閘成功。反復(fù)在斷路器試驗位與工作位變換測試合閘成功，故障得以解決。

盡管多次故障未造成明顯損失，卻必須引起高度重視。原因有：①合閘線圈燒毀后可能導(dǎo)致火災(zāi)；②線圈卡阻后合閘指令仍未消失，而卡阻并非穩(wěn)定的狀態(tài)，很可能因振動變化，也可能卡阻的位置給線圈鐵芯增加摩擦力，這些情況將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)非同期并列。從穩(wěn)定運(yùn)行三年的情況可知，合閘閉鎖連桿是由于操作多次后出現(xiàn)導(dǎo)致故障的變化，所以文中的處理方法只是臨時解決方案，不能作為最終的運(yùn)行保障。

要避免合閘線圈燒毀故障的發(fā)生和擴(kuò)大，應(yīng)首先檢查變更合閘回路，合理避免合閘線圈長期得電。因為合、分閘線圈是按短時工作制作設(shè)計的。遠(yuǎn)方發(fā)斷路器合閘令的過程如圖4所示。

圖4　合閘指令順序示意圖

在上述指令流程中，只有斷路器本體操作機(jī)構(gòu)具有合閘線圈自保持回路，如圖5所示，在合閘到位之前，合閘指令會一直存在。

圖5　斷路器合閘控制回路示意圖

作者認(rèn)為這是一個不夠完善的回路設(shè)計。當(dāng)斷路器符合并網(wǎng)條件時，同期裝置會在自身設(shè)置的導(dǎo)前時間之前發(fā)出同期合閘令。該廠的同期裝置導(dǎo)前時間為80ms，而該廠斷路器合閘時間為＜75ms。同期裝置發(fā)出合閘令的脈沖長度為160ms，當(dāng)超時未檢測到合閘成功時裝置告警，此設(shè)備的設(shè)計為：合閘時間超出2倍導(dǎo)前時間時應(yīng)停止命令輸出。這與斷路器本體的合閘控制回路設(shè)計思路明顯不同。若在本體回路中串聯(lián)160ms的時間繼電器（或軟件繼電器）應(yīng)可避免線圈燒毀。

電廠技術(shù)人員的另一種看法認(rèn)為，即使合閘脈寬只有2倍導(dǎo)前時間，假如合閘閉鎖連桿對線圈鐵心出現(xiàn)摩擦阻力的情況下，仍可能導(dǎo)致非同期合閘。因為根據(jù)《交流高壓斷路器參數(shù)選用導(dǎo)則》（DLT615-1997），252kV及以下斷路器的合閘不同期性不大于10ms。比合閘時間多出的80～90ms時間，足夠產(chǎn)生不同期因素。

作者認(rèn)為，同期裝置在確定好同期點時，發(fā)電機(jī)已調(diào)節(jié)至與電網(wǎng)最匹配的工況，頻差已非常小，即使超出導(dǎo)前時間一定間隔合閘，仍應(yīng)符合于同期點允許的偏差范圍。該廠采用的同期裝置，同期點后每超過20ms合閘相位角偏差不大于1°。根據(jù)《自動準(zhǔn)同期裝置》（JBT3950-1999），導(dǎo)前相角允許范圍為± 5.4°。簡單計算，該廠斷路器合閘點可允許延后100ms。因此在自保持控制回路（圖5）S3-Y9中串聯(lián)160ms合閘指令不會面臨非同期并網(wǎng)，同時可徹底避免合閘線圈長時間得電燒毀。該回路原有的放跳功能亦不受影響。

通過設(shè)計限定的合閘指令時間解決線圈燒毀，是在不改動底盤車閉鎖機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上簡單快速實現(xiàn)的方案。但單獨采用此方案不能避免合閘鐵芯卡阻。還需要打磨開關(guān)柜中置滑軌的CD面，延長BC位置長度即工作位置在滑軌的對應(yīng)距離，使工作位置稍微前移，避免人為操作的不確定性。打磨厚度視背部觸頭接合的行程而定，這個行程通常超過50mm，而打磨層只需要2mm即可。配合更換底盤車為電動底盤車亦可解決，但估算投資較高及改造時間長，影響生產(chǎn)效益。因此建議該廠采用修改控制回路及打磨滑軌方式為最優(yōu)解決方案。

［1］《3AH3真空斷路器操作使用手冊》.

［2］《DPC型系列底盤車使用說明書》.

［3］《深圳智能同期裝置說明書》.

［4］《南瑞繼電保護(hù)裝置說明書》.

林寧（1979-），男，廣西貴港人，中級工程師，本科，多年從事電氣自動化管理工作。

TM561.2

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2095-2066（2016）17-0029-02

2016-6-5