10 kV真空斷路器合閘故障分析

孫洪斌, 陳 青, 范偉月, 項 鴻

(安徽電氣工程職業(yè)技術學院, 安徽 合肥 230022)

0 引言

高壓斷路器是用來接通和開斷高壓電路，它既能分合正常負荷電流，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行操作電氣設備。高壓斷路器的控制操作回路承擔著高壓斷路器的基本手動、繼電保護和自動裝置自動分合閘任務，能夠顯示斷路器合閘、分閘位置狀態(tài)的紅、綠燈信號，并且能夠利用斷路器控制操作手柄與斷路器實際位置不對應的原理區(qū)分手動與自動操作的不同，并且跳閘、合閘線圈按照短時通電要求設計，以防止長時間大電流發(fā)熱燒壞線圈，因此在合閘、分閘操作任務完成后，斷路器的控制回路應該自動切斷合、分閘回路，無論斷路器是否帶有機械閉鎖裝置，都應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法正常分合閘，將造成用戶失電損失，因此加強高壓斷路器控制回路的運行維護及其重要。

1 故障經過

2021年12月3日上午7時15分，安徽電氣工程職業(yè)技術學院10 kV變配電所值班人員報告葛電線(葛大店-安徽電氣工程職業(yè)技術學院)01#總進線柜01#高壓真空斷路器在操作過程手動合閘失敗，運行維護工程師及配電技術社團成員立即攜帶真空高壓斷路器控制回路的原理圖、展開圖、二次接線圖(盤面布置圖、屏后接線圖、端子排圖)到達現(xiàn)場排查故障保電，以確保當天的第七屆安徽電氣工程職業(yè)技術學院技能運動會開幕式及比賽順利進行。安徽電氣工程職業(yè)技術學院10 kV變配電所主接線為單母線分段2進2出雙電源接線，其中01#總進線由國網合肥供電公司10 kV葛大店開閉所來，現(xiàn)場檢查中央信號屏警鈴告警，故障顯示為01#高壓斷路器控制回路故障光字牌點亮。

2 合閘故障查找處理過程

高壓真空斷路器開關柜柜型為全金屬封閉鎧裝手車式，型號：KYN28-12Z/T630 20，真空斷路器本體為VS1型，操作機構為彈簧驅動，利用彈簧被拉伸或壓縮而儲存的機械勢能進行高壓斷路器的合閘、分閘操作，彈簧儲能直流電動機為直流電壓220 V，功率1.5 kW，特點是合、分閘速度快，合閘電流小，所以可以直接利用控制開關接通合閘回路電流，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保護RCS-9611CS。

2.1 開關柜合閘回路及儲能回路的檢查

斷路器控制回路的原理圖(局部)如圖1所示。操作電源空氣開關上口測得直流電壓+224 V，斷開空氣開關，測得下口(回路編號101與102之間)直流電壓0 V；合上空氣開關，測得下口直流電壓+224 V，用萬用表直流電壓檔紅表筆接回路編號101，黑表筆接回路編號102，測得電壓也是直流電壓+224 V，101回路對地直流電壓+112 V，102回路對地直流電壓-112 V。說明斷路器直流控制回路直流操作電源正常，沒有串入其他電源。

把真空斷路器搖到試驗位置，打開斷路器柜門，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位置行程接點S8(操作接點位置見圖1，下同)及斷路器的常閉接點導通完好，斷開合閘閉鎖空氣開關，檢查中央信號屏01#高壓斷路器控制回路故障光字牌仍然點亮，說明合閘閉鎖回路完好。

高壓開關柜斷電后，拔下航空插頭對斷路器儲能回路進行檢查，對儲能回路各個節(jié)點之間進行檢查，儲能閉鎖接點S3導通，判斷儲能電機回路及閉鎖合閘回路工作正常。

防跳回路中跳閘線圈動斷觸點斷開會隔絕合閘脈沖，也將影響合閘操作。所以用萬用表測量內部防跳繼電器K0的常閉接點K0導通，說明繼電器內部并無故障。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與排查

斷路器位置指示及綜保的綠燈都亮，說明當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，電機儲能切換開關轉到自動位置，操作LW2萬能轉換開關由分閘后位置順時針旋轉90度到預備合閘，綠燈閃爍，然后再順時針旋轉45度實行手動合閘，仍然是綠燈亮，說明手動合閘失敗；儲能指示燈顯示已經儲能，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，說明合閘成功，斷路器在合閘后位置，并且跳閘回路完好，同時儲能燈再次亮起，為下一次跳閘做好電氣和機械準備。操作萬能轉換開關手動跳閘成功。結論：LW2萬能轉換開關可以進行分閘但不可以合閘，斷路器本體試驗按鈕分合閘均可操作。

綜保綠燈亮，說明綜保合閘回路完好，用短接線對回路編號101與103短接，斷路器合閘仍然失敗。拉出故障小車，用備用真空斷路器手車替換，操作控制手柄手動合閘，紅燈亮，合閘成功，并且能夠及時儲能。據此推斷綜保、智能操作裝置(上海愛可信ACX6100-B4)是正常完好的。

2.3 01#斷路器合閘故障原因初步推斷

綜合以上操作試驗測試，判斷出01#斷路器直流操作電源，01#斷路器儲能電機，01#斷路器內部防跳繼電器回路，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短路斷路故障，可正常工作。同時又因為使用VS1真空斷路器本體試驗合閘按鈕，可以順利進行合閘試驗，說明VS1真空斷路器本體操動機構無卡澀等故障，可正常工作，那么整個回路只剩下真空斷路器本體內部的合閘回路沒有進行試驗。據此可以推斷說明合閘故障出在真空斷路器本體的合閘相關電氣回路。

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真空斷路器本體操作機構面板，結合斷路器控制回路展開圖，使用萬用表檢查合閘回路103至負電源102回路，依次使用萬用表對整流輸入輸出模塊，斷路器常閉輔助接點，內部防跳繼電器K0，閉鎖電磁鐵Y1，儲能閉鎖接點S3測量電阻，電阻數(shù)值均接近與零，無開路現(xiàn)象。判斷整流輸入和輸出模塊，斷路器常閉輔助接點，內部防跳繼電器K0，閉鎖電磁鐵Y1，儲能閉鎖接點S3全部完好，但是在測量合閘線圈HQ引出線時發(fā)現(xiàn)電阻無窮大，判斷線圈開路。由于現(xiàn)場合閘線圈安裝在操作機構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)，在接近時嗅聞到明顯的電氣焦糊味，加強局部照明，發(fā)現(xiàn)合閘線圈已經燒毀(圖3)。

圖2 合閘線圈位置示意 圖3 燒毀的合閘線圈

2.5 合閘調試

更換合閘線圈DC220 V/130 Ω。真空斷路器手車在試驗位置，拔下斷路器二次插頭，手動操作LW2轉換開關到合閘位置(即C位置)，測量103回路航空插頭14觸點為+112 V,松開手柄返回到合閘后CD狀態(tài)，14觸點仍然為+112 V，說明5～8合閘接點發(fā)生粘連，更換LW2萬能轉換開關，測試通過。插上二次插頭，手動合閘，紅燈亮，合閘成功。故障排查搶修結束，搶修歷時60分鐘，電氣學院10 kV配電房高壓1號主進線順利送電，保電成功。

3 故障結論

本次葛電線(葛大店-安徽電氣工程職業(yè)技術學院)01#總進線柜01#高壓真空斷路器在操作過程手動合閘失敗故障是一次由于VS1真空斷路器本體內部合閘線圈燒毀造成的斷路器合閘回路斷路導致的手動合閘失敗的事件。VS1真空斷路器本體內部合閘線圈在高壓斷路器合閘動作中起關鍵作用，屬于核心部件。VS1真空斷路器本體內部合閘線圈使用的是銅質導線繞成的具備空心的柱形線圈。在合閘過程中，合閘線圈通電以后因為電磁作用得到磁性，使得合閘線圈的銜鐵撞擊斷路器的合閘操動機構，從而完成斷路器合閘的動作。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真空斷路器本體內部合閘線圈已經燒毀，導致合閘線圈無法通電產生磁場，進而銜鐵不能在合閘指令下撞擊合閘操動機構，導致合閘操動機構無法收到合閘指令，產生手動合閘失敗故障。

4 合閘回路線圈燒壞原因分析

真空斷路器本體內部合閘線圈的設計要求是短時通電即可完成操作機構的彈簧儲能釋放實現(xiàn)手動合閘。真空斷路器本體內部合閘線圈燒壞的根本原因在于合閘線圈通電時間過長。真空斷路器本體內部合閘線圈電阻為130 Ω，又由于合閘線圈產生的電磁力要克服復位彈簧的強大拉力，所以合閘線圈的電流必須很大[2]。稍微長一點的通電時間即可產生較大的熱量。合閘線圈過熱可能造成合閘線圈部分氧化，而氧化又會增大合閘線圈的電阻，進一步加大熱量的產生，進入發(fā)熱過高，氧化電阻增大，發(fā)熱更多形成惡性循環(huán)，從而導致合閘線圈燒壞?？赡馨l(fā)生合閘線圈通電時間過長的原因主要有兩點：一是在企業(yè)配電房新進電氣值班員或者學校實訓學生由于倒閘操作技能生疏，手動合閘操作C位時間太長，超過2秒；二是檢修維護時不細心，沒有發(fā)現(xiàn)萬能轉換開關LW2手動合閘接點5～8自動返回時粘連，沒有斷開合閘線圈與電源的連接。這兩種情況都可能導致合閘線圈通電時間過長，產生過多的熱量導致合閘線圈燒毀的嚴重事故?；仡櫛敬喂收习l(fā)生前，因為配合安徽電氣工程職業(yè)技術學院10 kV智能配電實訓室的改造，01#高壓真空斷路器有一段時間的頻繁操作,推測在這些操作過程中可能存在操作萬能開關LW2手動合閘觸點5～8自動返回時粘連的問題發(fā)生,從而引起的本次嚴重故障的發(fā)生。

5 結束語

通過本次故障的判斷處理，可以得出真空斷路器本體內部合閘線圈不能長時間的通電，避免引起過熱燒毀的結論。建議在日常巡檢中加強對萬能轉換開關的檢查，尤其是萬能轉換開關接點自動返回的情況要多做測試和維護，同時加強對斷路器的動合和動斷輔助觸點的通斷切換的試驗維護。另一方面電氣運行值班人員在倒閘操作過程中應該嚴格按照規(guī)范執(zhí)行，要按照規(guī)程規(guī)范要求對斷路器使用遠方操作方式[3]，減少萬能轉換開關的使用。

根據本次高壓斷路器合閘故障原因事故分析，建議在日常維護和相關檢修計劃中安排望電線(望湖開閉所-電氣學院)2號主進線、00號母聯(lián)斷路器、1號和2號10 kV主變壓器進線柜、03#和04#高壓出線的高壓斷路器控制回路的LW2萬能轉換開關的5～8手動合閘、6～7手動跳閘觸點的導通后自動返回切斷合閘、分閘線圈電流的測試，以及斷路器的常開、常閉輔助觸點的通斷切換翻轉時間與行程的測試和調試維護，從而避免安徽電氣工程職業(yè)技術學院10 kV配電房高壓斷路器運行過程中再次發(fā)生同樣的送電合閘失敗的故障。