經(jīng)相關(guān)統(tǒng)計,開關(guān)控制回路斷線是斷路器開關(guān)最常見的故障之一,占開關(guān)所有故障的50%以上。在變電站中,35kV開關(guān)主要給10kV饋線、站用變壓器、接地變壓器等設(shè)備供電,開關(guān)若發(fā)生故障,相應(yīng)區(qū)域供電就會受到影響,輕則保護(hù)誤動、母線失壓,重則大范圍停電、配網(wǎng)解列。因此,正確、快速、及時地處理“控制回路斷線”對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有重要作用,也是變電站及電廠運(yùn)維人員的必備技能。
開關(guān)控制回路斷線的信號回路由合閘位置繼電器(HWJ)的常閉觸點(diǎn)和跳閘位置繼電器(TWJ)的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)起來,用以輸出控制回路斷線報警信號,實現(xiàn)控制回路斷線監(jiān)視。
正常情況下35kV開關(guān)要么是合位,要么是分位,HWJ及TWJ中必有一個勵磁、一個失磁,對應(yīng)的閉觸點(diǎn)也將一個打開、一個閉合,此時控制回路斷線的信號回路不通,代表控制回路工作正常。當(dāng)有故障引起跳位繼電器與合位繼電器同時失磁,常閉觸點(diǎn)會同時閉合,信號回路接通,此時后臺會報“控制回路斷線”信號,開關(guān)將不能分合閘。繼電保護(hù)裝置開關(guān)控制回路原理如圖1所示。
經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn),引起控制回路斷線信號的原因主要分為電氣原因與機(jī)械原因:
1)常見電氣原因有合閘回路無電壓,橋整流器V燒毀,合閘線圈斷線、短路,合閘回路儲能輔助開關(guān)觸頭接觸不良或切換不到位,合閘閉鎖線圈觸點(diǎn)接觸不良,斷路器輔助開關(guān)觸頭接觸不良或切換不到位,防跳繼電器觸點(diǎn)接觸不良,閉鎖回路故障等。
2)機(jī)械原因主要有合閘鐵心卡澀、合閘閉鎖線圈鐵心卡澀、儲能系統(tǒng)故障等原因。
圖1 繼電保護(hù)裝置開關(guān)控制回路原理圖
35kV斷路器控制回路一般主要由直流電源系統(tǒng)、外部控制按鈕、繼電保護(hù)裝置、斷路器操作機(jī)構(gòu)及保護(hù)壓板等構(gòu)成,各構(gòu)件相互配合關(guān)聯(lián),進(jìn)而通過回路通斷實現(xiàn)斷路器分合閘功能及分合位監(jiān)視等功能。斷路器控制回路主要分為分閘回路、閉鎖回路、合閘回路及儲能回路等部分,分別如圖2、圖3所示。
2.1 閉鎖回路
閉鎖回路主要為安全設(shè)置,通過閉鎖電磁鐵實現(xiàn)防止在停電時合閘的功能,即閉鎖電磁鐵必須通電(一般是220V),才能進(jìn)行合閘操作。閉鎖電磁鐵是在運(yùn)行或二次插件沒有拔出來的時候一直有電流通過,電磁鐵吸合,斷路器能夠合閘,拔出二次插件,電磁鐵無電時,中間鐵心下落,阻止斷路器合閘。
由閉鎖回路電氣原理圖4可知,Y1為閉鎖電磁鐵線圈,其通斷影響輔助觸點(diǎn)S2,只有在Y1得電時,S2閉合,才能合閘,而閉鎖電磁鐵不得電,輔助觸點(diǎn)S2斷開,合閘回路不通,無法實現(xiàn)合閘,從而防止人員誤碰合閘回路造成事故或斷路器不到位合閘造成事故。此外閉鎖回路還受斷路器位置影響,即只有當(dāng)斷路器在工作位置或試驗位置且斷路器為斷開位置(63-64常閉觸點(diǎn)接通)時,閉鎖回路才能通,Y1得電。
得電回路為:+58V→◆→V4→63-64常閉觸點(diǎn)→(43-44常開觸點(diǎn)、43-44常閉觸點(diǎn))→(◆◆)→◆58V,回路導(dǎo)通,Y1得電,S2閉合。
其中,斷路器本體和操作機(jī)構(gòu)一體化的真空斷路器的位置狀態(tài)主要有以下兩種:
1)工作位置。開關(guān)的電機(jī)儲能回路和分合閘回路等均處于接通狀態(tài)。
圖2 35kV斷路器開關(guān)控制回路外部接線電氣原理圖
圖3 35kV斷路器開關(guān)內(nèi)部接線電氣原理圖
2)試驗位置。開關(guān)的二次控制回路接通,但主回路斷開,并且動、靜觸頭被可調(diào)金屬活門擋板隔開。
圖4 閉鎖回路電氣原理圖
2.2 分閘回路
當(dāng)分閘回路導(dǎo)通時,分閘線圈得電,動作于斷路器開關(guān)的機(jī)械結(jié)構(gòu),對開關(guān)進(jìn)行分閘操作,由分閘回路電氣原理圖5可知,Y2為分閘線圈,得電回路為:+58V→端子◆→(斷路器輔助觸點(diǎn):31-32常開觸點(diǎn),當(dāng)斷路器處于合閘位置時,31-32觸點(diǎn)閉合)→V2→端子◆→◆58V。
圖5 分合閘回路電氣原理圖
2.3 合閘回路
當(dāng)合閘回路導(dǎo)通時,合閘線圈得電,動作于斷路器開關(guān)的機(jī)械結(jié)構(gòu),對開關(guān)進(jìn)行合閘操作,由合閘回路電氣原理圖5可知,Y3為合閘線圈,合閘回路為+58V→端子◆→V3→端子◆→◆58V,合閘線圈得電回路為Y3+→儲能回路輔助觸點(diǎn)(13-14常開觸點(diǎn))→閉鎖回路觸點(diǎn)S2→推進(jìn)機(jī)構(gòu)小門位置開關(guān)S3→斷路器輔助觸點(diǎn)53-54→防跳回路→Y3◆。
2.4 儲能回路
儲能回路電氣原理圖如圖6所示。當(dāng)儲能回路導(dǎo)通時,電機(jī)得電,儲能完成,S1常閉觸點(diǎn)(21-22)斷開,S1常開觸點(diǎn)(13-14)閉合,為合閘做好準(zhǔn)備。
圖6 儲能回路電氣原理圖
通過對2.1~2.4節(jié)斷路器操作結(jié)構(gòu)中所涉及的閉鎖回路、分合閘回路及儲能回路進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),斷路器合閘回路是最復(fù)雜回路,在實際過程中也是最容易出現(xiàn)故障的。
3.1 故障現(xiàn)象
2020年7月在對某新建調(diào)試電源變電站35kV進(jìn)線柜內(nèi)的VEX型真空斷路器進(jìn)行調(diào)試試驗時,推入開關(guān)柜至試驗位置后,合、分閘試驗動作均正常;推至工作位置,柜面板上指示斷路器已處于工作位置,彈簧處于已儲能狀態(tài),儲能指示燈亮,由遠(yuǎn)方合閘操作后,斷路器未合閘,現(xiàn)場繼電保護(hù)裝置發(fā)出控制回路斷線故障報警,報警燈亮,分、合位指示燈均不亮,現(xiàn)場檢查二次圖紙和接線,合閘回路無錯誤,進(jìn)一步就地合閘操作,斷路器未合閘。
3.2 故障分析
對故障現(xiàn)象進(jìn)行初步分析,彈簧已儲能,儲能指示燈亮,遠(yuǎn)方及就地?zé)o法合閘,現(xiàn)場繼電保護(hù)裝置發(fā)出控制回路斷線故障報警,報警燈亮,分、合位指示燈均不亮。
檢查開關(guān)控制回路斷線信號是否誤報,經(jīng)裝置復(fù)歸按鈕無法消除報警,確認(rèn)開關(guān)控制回路斷線故障確實發(fā)生。將開關(guān)端子排接線緊固及對航空插頭重新插緊,故障未消失。檢查直流配電屏、開關(guān)控制電源空開是否跳閘,就地檢查直流控制空開在合位,排除因空開跳閘引起故障發(fā)生的可能。
用萬用表測量空開下接線螺絲電壓(4QD1及4QD20端子電壓),正負(fù)極對地電壓為+58V與◆58V,進(jìn)一步證明電源沒有問題。
用萬用表對照圖3逐步測量電壓排查,發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置0808端子與0807端子對地電壓均為0,證明回路負(fù)電缺失,初判由控制回路中的合閘回路斷線引起,與無法合閘,分、合位指示燈均不亮的故障現(xiàn)象相匹配,從而可以排除保護(hù)操作箱回路故障,應(yīng)為開關(guān)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)回路接線問題。
重點(diǎn)檢查合閘回路,由于斷路器合閘回路受閉鎖回路輔助觸點(diǎn)、儲能回路輔助觸點(diǎn)、斷路器位置觸點(diǎn)及輔助觸點(diǎn)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)小門位置開關(guān)及合閘線圈好壞影響,因此下一步逐步排查各個回路。
根據(jù)彈簧已儲能、儲能指示燈亮表明儲能回路完好,控制回路斷線故障不是因儲能回路引起。檢查35kV高壓室未有燒焦氣味,合閘線圈沒有燒壞,斷電拆卸合閘線圈,測量其阻值為37Ω(銘牌為40Ω),說明合閘線圈Y3完好。
檢查閉鎖回路其他器件及接線均完好,測量合閘閉鎖電磁鐵Y1兩端電壓為110V,重新合上控制電源,可以聽到電磁鐵吸合聲音,證明閉鎖回路完好。
由于合閘回路還受推進(jìn)機(jī)構(gòu)小門位置開關(guān)影響,進(jìn)一步檢查推進(jìn)機(jī)構(gòu),反復(fù)按壓推進(jìn)機(jī)構(gòu)壓舌板,發(fā)現(xiàn)裝置報警消失,證明此次控制回路斷線故障很有可能由推進(jìn)機(jī)構(gòu)引起,懷疑是因推進(jìn)機(jī)構(gòu)小門位置開關(guān)行程不夠造成,推進(jìn)機(jī)構(gòu)實物如圖7所示。
圖7 推進(jìn)機(jī)構(gòu)實物圖
3.3 故障處理
就地檢查推進(jìn)機(jī)構(gòu)輔助觸點(diǎn),發(fā)現(xiàn)輔助觸點(diǎn)S3為軟撥片,進(jìn)行行程測試,只有在用力按下推進(jìn)機(jī)構(gòu)壓舌板放開后才能完全歸位,輔助觸點(diǎn)軟撥片S3才能觸及閉合?,F(xiàn)場向內(nèi)移動軟撥片0.5cm,使得輔助觸點(diǎn)軟撥片S3行程縮短,更利于其觸碰到位,推進(jìn)機(jī)構(gòu)輔助觸點(diǎn)軟撥片實物如圖8所示。
圖8 推進(jìn)機(jī)構(gòu)輔助觸點(diǎn)軟撥片實物圖
對軟撥片進(jìn)行調(diào)整后,斷路器開關(guān)時斷時續(xù)出現(xiàn)控制回路斷線的問題得到有效解決。
對實際新建變電站調(diào)試中35kV開關(guān)柜出現(xiàn)的控制回路斷線故障進(jìn)行分析及處理,為專業(yè)人員介紹了一種便捷快速的工作思路,有益于專業(yè)人員快速有效地消除控制回路斷線缺陷,恢復(fù)開關(guān)分合閘控制回路的正常運(yùn)行,從而保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
本文編自2021年第5期《電氣技術(shù)》,論文標(biāo)題為“35kV斷路器控制回路斷線原因分析及處理”,作者為任虎。