氣體絕緣金屬封閉開關設備（gas insulated switchgear, GIS）由于占地面積少、運行維護簡單、可靠性、安全性高等優點在電力系統中應用越來越多[1]。GIS的核心設備是斷路器，其承載正常工作電流，切除故障電流，在電網中具有保護和控制的雙重作用，是保障電力系統安全的重要設備[2]。

斷路器動作時由操動機構提供能量，其操動機構有很多種，液壓彈簧操動機構是其中之一。液壓彈簧操動機構是由碟形彈簧作為儲能部件、液壓油為傳動載體的高壓斷路器操動機構，因驅動能量大、傳動平穩、動作速度快的特點，在高壓斷路器中的到了廣泛的應用[3-4]。

但運行中液壓機構的故障現象還是時有發生[5-10]。近期安徽某500kV變電站220kV GIS設備區一日內連續發生多起液壓機構斷路器儲能異常事件，檢修人員應急處理，成功分析出原因并解決問題。

1 異常描述

2017年11月29日凌晨，安徽地區某500kV變電站220kV設備區2871斷路器C相發“電動機過流過時報警”信號，站內運維人員發現問題后，按經驗在匯控柜復歸報警信號，復歸后信號暫時消失，但是3min左右后C相又報警。

2017年11月29日，檢修人員到變電站開展相關缺陷檢查、處理工作。在檢修人員應急處理期間2800斷路器A相又發“電動機過流過時報警”信號，復歸后報警信號消除，但仍未儲能到位。

為避免損失負荷，兩組異常斷路器2871、2800均在運行狀態。檢修人員先后檢查兩臺斷路器異常相機構箱，發現液壓彈簧之間空隙較大，確認未完全儲能。對兩組斷路器匯控柜、機構箱內所有相關端子排接線端子、繼電器接線端子進行檢查，發現接線并無松動。

圖1 液壓彈簧未儲能到位

該GIS生產廠家：西安西開高壓電氣股份有限公司，斷路器型號：LWG9-252，采用液壓彈簧儲能，操動機構型號：CYA3-II。兩臺斷路器2008年6月生產，2008年12月投運。

2 儲能及保護回路原理介紹

斷路器儲能主要涉及3個回路：電動機回路、電動機控制回路、電動機保護回路。各回路電路圖如圖2至圖4所示，元件參數見表1。

下面介紹各回路的工作原理。

圖2 電動機回路

圖3 電動機控制回路

圖4 電動機保護回路

2.1 電動機回路

電動機通過傳動機構帶動液壓彈簧儲能，為斷路器動作提供能量。電動機回路內串聯熱繼電器49MA（B、C）的發熱元件和接觸器88MA（B、C）的常開接點。

表1 元件功能表

2.2 電動機控制回路

電動機控制回路內的接觸器88MA（B、C）的兩對常開接點1-2、3-4串接在電動機回路里面，靠此控制電動機啟停。正常情況下當斷路器動作或其他原因（如手動泄壓）使壓力泄掉后，限位開關33hb會閉合接通電動機控制回路，使接觸器線圈帶電，接觸器常開接點閉合，接通電動機回路儲能。當斷路器儲能到位時，通過滾輪切斷限位開關33hb，使接觸器失電，進而切斷電動機回路停止儲能。

電動機控制回路中還串有電動機保護繼電器49MXA（B、C）的31-32常閉接點，其線圈在電動機保護回路里。

2.3 電動機保護回路

當斷路器儲能出現異常時，會通過電動機保護回路切斷電動機控制回路，保護電動機、繼電器，避免事態擴大。電動機保護主要有兩種形式：過流保護和過時保護。

如果電動機轉動時受到很大的阻力，回路就會產生大電流，熱繼電器49MA（B、C）在大電流通過時快速發熱并動作，其在電動機保護回路里的常開接點97-98閉合，使電動機保護繼電器49MXA（B、C）線圈得電，電動機保護繼電器通過本身的常開接點13-14自保持使電動機保護回路一直接通。

49MXA（B、C）得電后，還會斷開在電動機控制回路里的常閉接點31-32，切斷電動機控制回路，使接觸器88MA（B、C）接觸器失電，進而切斷電動機回路。這就是電動機的過流保護，與此同時將發“電動機過流過時報警”信號。

正常情況下電動機幾十秒內將完成儲能，當遇到故障情況（如電動機空轉甚至不轉）時，斷路器儲能一定時間（此GIS斷路器整定為150s）后仍不能儲能到位，電動機保護回路里的時間繼電器48T A（B、C）將會動作，同樣使電動機保護繼電器49MXA（B、C）得電并自保持，切斷電動機控制回路及電動機回路。這就是電動機的過時保護，與此同時將發“電動機過流過時報警”信號。

電動機保護回路里的RESET按鈕可以復歸回路。按下RESET按鈕將切斷電動機保護回路使49MXA（B、C）失電，“電動機過流過時報警”信號將會消失，同時在未儲能到位的情況下電動機保護繼電器49MXA（B、C）的常閉接點31-32使電動機控制回路接通，進一步接通電動機回路。松開按鈕后，如果是偶然性故障，就順利完成儲能；如果故障未解除，就會發“電動機過流過時報警”信號。

3 異常排查分析及處理

3.1 電動機保護回路排查與分析

首先對2871斷路器異常相C相電動機保護回路各端子電位進行測量，結果顯示電動機保護繼電器49MXC的14號端子與13號端子同電位，49MXC線圈兩端帶電，表明49MXC已經自保持，與正常相不同。分析易得：與電動機保護繼電器49MXC的接點13-14相并聯的時間繼電器48TC的接點67-68、熱繼電器49MC的97-98接點至少有一對先接通才能起動電動機保護繼電器使之自保持。

為檢查出是過流保護還是過時保護，檢修人員快速按下回路復歸按鈕RESET并松開，瞬時切斷電動機保護回路，使49MXC失電自保持破壞。結果異常相并不能儲能，并且經過2～3min后，又發“電動機過流過時報警”信號。據此可以排除熱偶動作導致回路接通的可能性，若是熱偶動作導致異常發生，且熱偶未復歸，則電動機保護回路復歸后49MXC會立即得電發報警信號，而不是過一段時間才發。

解開49MC的98端子接線，測量98端子電壓為零電位，驗證了熱偶沒有動作的推斷。解開48TC的68端子接線，測量68端子電壓與67端子一致。現象與過時保護相符，說明是時間繼電器48TC的67-68接點導通，使49MXC帶電并通過13-14接點自保持，發“電動機過流過時報警”信號。

3.2 電動機控制回路排查與分析

測量異常相C相限位開關33hb兩端電壓為零，測量接觸器88MC線圈兩端電壓為零，測量電動機保護繼電器49MXC的31-32接點兩端電壓為電源電壓，表明2871斷路器C相的限位開關確未斷開，接觸器88MC未吸合，49MXC得電動作后常閉接點31-32斷開。復歸電動機保護回路，接觸器88MC線圈帶電吸合。說明復歸回路時C相電動機控制回路接通，然而C相仍然無法儲能，問題應該在電動機回路。

3.3 電動機回路排查與分析

在復歸電動機保護回路后，測量熱繼電器49MC的2和4端子兩端為電源電壓。這表明異常相電動機兩側已有電，但電動機未轉動。檢修人員打開斷路器異常相機構箱后柜門檢查電動機。經過仔細的檢查發現電動機電刷的壓緊彈片錯位，沒有壓到電刷，如圖5所示，導致電刷不能接觸電動機換向器，電動機不轉。

圖5 電刷壓緊彈片錯位

對于2800斷路器，檢查發現同樣存在電刷錯位的問題。不過2800斷路器發生異常時有不同于2871斷路器的現象：異常后運維人員復歸2800斷路器電動機保護回路，2800斷路器A相不能儲能，但是一直未發“電動機過流過時報警”信號，而2871斷路器復歸幾分鐘后又發報警信號。這表明2800斷路器A相電動機保護回路沒有接通。

由前述分析很容易得知熱繼電器未動作，過流報警回路沒問題。很可能是2800斷路器A相過時報警回路出問題。檢修人員把A相時間繼電器取下測試其功能，結果顯示該繼電器已損壞：正常情況下在設定的時間150s左右該繼電器48TA將會動作，其常開接點67-68將閉合，然而檢修人員多次測試、時間長達半小時該繼電器都沒有動作，表明該時間繼電器已損壞。

3.4 缺陷處理

對于2871斷路器，檢修人員用螺絲刀撥動異常相電刷壓緊彈片，使之壓緊電刷，再復歸電動機保護回路，此時異常相電動機立即運轉，帶動液壓彈簧順利儲能。儲能到位后能正常切斷回路，“電動機過流過時報警”信號也不再出現。為確保可靠，檢修人員又對異常相斷路器手動泄壓數次，斷路器都能順利儲能，功能正常。

對于2800斷路器，檢修人員調整電刷復歸電動機保護回路后，同樣異常相儲能到位。為徹底消除缺陷，檢修人員更換經校驗合格后的時間繼電器，更換后拉開儲能電源空開實測時間繼電器回路報警功能，約150s發“電動機過流過時報警”信號。此后投上儲能空開手動泄壓數次，斷路器都能夠正常儲能。至此2800斷路器缺陷完全消除。

結論

該500kV變電站220kV GIS設備區一日之內連續兩臺斷路器儲能出現異常，共同問題是電動機電刷壓緊彈片錯位導致無法儲能，并起動電動機保護回路，發“電動機過流過時報警”信號。其中一臺斷路器時間繼電器損壞，導致復歸后不再發報警信號。

現場檢查其他斷路器時發現電動機電刷均有不同程度的磨損，建議更換電刷。在消缺更換時間繼電器過程中發現很多新的繼電器功能不正常，該型號繼電器為空氣阻尼式繼電器，可靠性較差，建議更換。

此次異常的分析及處理方法，對同行有一定的參考價值。