110 kV斷路器合后即分故障特性研究

程志萬，趙現(xiàn)平，譚向宇，于虹，張恭源，彭兆裕，蔣雅婷

(1.云南電網(wǎng)公司電力研究院，昆明 650217；2.云南電網(wǎng)公司臨滄供電局，云南 臨滄 677000)

110 kV斷路器合后即分故障特性研究

程志萬1，趙現(xiàn)平2，譚向宇1，于虹1，張恭源1，彭兆裕1，蔣雅婷1

(1.云南電網(wǎng)公司電力研究院，昆明 650217；2.云南電網(wǎng)公司臨滄供電局，云南 臨滄 677000)

介紹通過對LW36型斷路器檢修狀態(tài)合分操作均正常、送電時出現(xiàn)合后即分的故障進行分析和研究，得出了故障發(fā)生的原因主要是由于合閘時三相連桿與機構外拐臂發(fā)生直接碰撞造成的，并提出了高壓斷路器合后即分故障的檢測方法及防范措施。

斷路器；帶電合閘；合后即分；防范措施

1 前言

高壓斷路器是電力系統(tǒng)中重要的開關設備，擔負著控制和保護電路的任務[1-2]，高壓斷路器的拒動故障將影響電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定[3]。其中，拒動故障包括拒合和拒分，拒合是彈簧操動機構常見故障之一。彈簧操動機構的拒合故障，是指對處于分閘已儲能狀態(tài)的彈簧操動機構發(fā)出合閘操作指令后，機構不能完成合閘操作，或者機構不能進入合閘狀態(tài)[4]。拒合情況，主要發(fā)生在合閘操作和重合閘[5]過程中。拒合故障危害性較大，例如在事故情況下要求緊急投入備用電源時，如果備用電源斷路器拒絕合閘，則會擴大事故，給電網(wǎng)造成較大的損失[6]。斷路器合后即分作為拒合的一種表現(xiàn)，原因多數(shù)情況應該在結構和保護裝置方面，主要有：

1)二次回路有混線，合閘同時分閘回路有電；

2)分閘掣子扣入深度太淺，或扣入面變形，扣合不牢；

3)分閘掣子不受力時，復歸間隙調得太大；

4)分閘掣子未復歸[7]。

以下就云南地區(qū)發(fā)生的兩起LW36-126型斷路器合后即分故障，作進一步的分析和研究，指出其發(fā)生的原因。

2 現(xiàn)場試驗和故障分析

云南地區(qū)某500 kV變電站兩臺主變低壓側無功補償裝置投切用35 kV斷路器 (322、326斷路器)在投運不到一個月的時間內先后出現(xiàn)帶電合閘操作后立即無保護跳閘的現(xiàn)象。這兩臺斷路器型號是LW36-126型斷路器，為自能式斷路器，主要優(yōu)勢是操作功較小[8]，采用的是CT30型彈簧操作機構，操作功可在2 400～4 200焦耳之間根據(jù)斷路器輸入功率要求任意調節(jié)，設計專用緩沖裝置以減小分閘反彈和降低分合閘過程的噪聲。操動機構分、合閘時間穩(wěn)定，分散性小[8-9]。故障發(fā)生后，對322斷路器開展了現(xiàn)場檢查：外觀檢測、保護裝置檢測、斷路器機構檢測、對斷路器靜態(tài)分合閘檢查，經(jīng)以上檢查，均未發(fā)現(xiàn)問題?？紤]到每次合后即分故障均發(fā)生在由熱備用轉運行狀態(tài)，對322斷路器進行5次帶電合閘操作，以排查斷路器合后即分事故的最終原因，并對斷路器分合閘線圈電壓進行全程錄波監(jiān)測。前2次操作均合閘成功，第3次操作后發(fā)生合后即分故障，分閘線圈未動作，合閘線圈錄波圖形與正常合閘時錄波圖形一致。通過檢查及試驗檢測，可以明確斷路器機構內部機械原因是造成322斷路器合后即分的根本原因。

3 故障特性分析

帶電合閘與檢修狀態(tài)下合閘的區(qū)別是存在關合電流的阻力及觸頭間預擊穿后產生的氣體壓力[11]影響，但該影響是在斷路器產品設計時考慮范圍內的。因此，出現(xiàn)這種情況，推斷操作機構操作功與檢修狀態(tài)下所消耗的操作功快接近一個平衡狀態(tài)，但仍大于所消耗的操作功，此時能保證合閘正常。帶電操作時，額外增加了關合電流和氣壓的阻力，就與操作機構的操作功相當，導致出現(xiàn)合后即分的現(xiàn)象。說明該斷路器在合閘過程中，除了分閘彈簧、動觸頭、氣缸和轉動連桿的阻力消耗了操作功以外，還存在其它方面消耗了部分操作功，為了查找根本原因，對斷路器進行機械特性檢測非常有必要。在此，拿出其中一臺 (322)斷路器開展故障特性分析。

3.1 322斷路器機械特性試驗

對322斷路器分合閘速度、時間、超程等參量進行了測試。試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

通過試驗檢測數(shù)據(jù)，可以明確斷路器的各項參數(shù)均在廠家規(guī)定的范圍之內。

表1 322斷路器機械特性參量

3.2 斷路器合閘彈簧不同位置動作特性試驗

表2 322斷路器合閘彈簧不同位置時的速度特性

對322斷路器操作機構合閘彈簧底部的緊固螺栓進行了調整，將合閘彈簧的壓縮量不斷減小，并在不同位置進行機械特性試驗，得到如表2所示的數(shù)據(jù)。

圖1 合閘速度及合閘過沖量隨合閘彈簧位置的變化

從表2及圖1中可以看出，隨著合閘彈簧位置的逐漸變大，合閘速度呈線性增加，但是當合閘彈簧位置達到34 mm后，其合閘過沖量幾乎沒變化。在此情況下，打開了斷路器本體極柱底座橫梁的中間蓋板，在斷路器合閘狀態(tài)時測量外拐臂與相間水平連桿的間隙，有8 mm左右，如圖4所示，與合閘過沖量8.44 mm有一定的重疊。檢查斷路器相間連桿，發(fā)現(xiàn)連桿處有幾處磕碰的痕跡，連桿是鐵質材質，多處磕碰痕跡反應了連桿被撞擊的力量很大。

3.3 高速攝像機檢測情況

由于斷路器分合閘操作時速度非?？欤\動部件的整個運動過程無法具體了解，因此利用PhantomV12.1高速攝像機對機構的所有機構運動部件進行了拍攝，該攝像機最高拍攝速度達到1 000 000幀，在HD分辨率1 280×720可以拍攝6 933幀。

3.3.1 操作機構分合閘掣子動作情況

對操作機構分合閘過程中兩側進行了拍攝，通過對錄像進行研究分析，斷路器合閘、分閘過程中，分合閘線圈、頂桿、分合閘觸發(fā)器、掣子等動作均正常。

3.3.2 合閘過程中外拐臂運動情況

通過高速攝像機拍攝，可以很清晰看到外拐臂與相間水平連桿之間存在碰撞，這與之前檢查到相間連桿處有磕碰痕跡是一致的，因此可以斷定磕碰痕跡就是由于合閘過程中，外拐臂對相間連桿進行碰撞造成的。對該間隙進行了調整，增加了2 mm，使機構在正常合閘速度范圍內外拐臂與相間水平連桿不會發(fā)生碰撞。

結合表2可以分析，在其它因素不變的情況下，隨著合閘彈簧壓縮量變大，合閘速度也會變大，過沖量也會越大。當合閘速度不超過2.43 m/s時，過沖量也比較小，合閘過程中外拐臂與相間拉桿沒有發(fā)生碰撞，因此隨著合閘速度的增加，過沖量也會增加。當合閘速度達到2.43 m/s時，過沖量已經(jīng)超過了合閘狀態(tài)時外拐臂與相間拉桿之間的間隙距離，受相間拉桿的阻礙，當合閘速度繼續(xù)增加的時候，過沖量改變并不大。這與表2的數(shù)據(jù)是一致的。

322斷路器在調整前，合閘速度為2.64 m/s，過沖量為8.44 mm，合閘過程中外拐臂已經(jīng)與相間拉桿發(fā)生了碰撞，該碰撞導致合閘機構快速返回，該阻力再加上需克服分閘彈簧、動觸頭、氣缸和轉動連桿的阻力，與操作機構的動力達到了一個平衡，因此在檢修狀態(tài)下能夠正常合閘。但是帶電操作時，要克服關合電流和氣壓帶來的阻力，已經(jīng)超越了機構的承載能力，從而出現(xiàn)帶負荷操作時機構合后即分的故障。

因此，斷路器出現(xiàn)合后即分的故障是由于受到相間拉桿和關合電流、氣壓阻力的共同作用導致的，但關合電流和氣壓阻力影響應該在廠家產品設計時考慮范圍內，故認為322斷路器出現(xiàn)的帶負荷合后即分的現(xiàn)象主要是由外拐臂與相間連桿碰撞造成的。

4 結束語

斷路器經(jīng)調整后，開展了相關的試驗檢測，數(shù)據(jù)均合格，并進行了五次帶電合閘操作，均能正常合閘。通過這兩起故障的調查，提出了一種基于高速攝像的裝配安裝判斷方法，對機械方面的運動部件故障診斷起著非常有效的作用。同時，找到了彈簧操作機構合后即分的另一個重要原因，對此，需要加強現(xiàn)場安裝調試的規(guī)范性，并做好相應的檢測，尤其是斷路器合閘過沖量與合閘狀態(tài)時外拐臂和相間連桿的間隙配合是否存在問題，使調試后的斷路器各項參數(shù)保持在最佳匹配狀態(tài)，從而提高設備的穩(wěn)定運行水平。

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Research on the Failure Characteristics of 110 kV Circuit Breaker under the Open after Close

CHENG Zhiwan1，ZHAO Xianping2，TAN Xiangyu1，YU Hong1，ZHANG Gongyuan1，PENG Zhaoyu1，JIANG Yating1
(1.Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 650217；2.Lincang Power Supply Bureau，Yunnan Power Grid，Lincang，Yunnan 677000)

By analyzing the failure of instant open after close for LW36 type circuit breaker which were normal in the maintenance of state，fault reasons was mainly due to the direct collision of three phase connecting rod and crank arm mechanism on closing.And the detection method and prevention method are proposed on the failure of circuit breaker under the open after close.

circuit breaker；closing circuit breaker to energized live part；open after close；preventive measures

TM56

B

1006-7345(2014)05-0107-03

2014-08-24

程志萬 (1987)，男，學士，工程師，云南電力研究院，從事高電壓與絕緣技術方面的試驗、研究工作 (e-mail) 15887191368＠163.com。

趙現(xiàn)平 (1974)，男，高級工程師，云南電網(wǎng)公司臨滄供電局。

譚向宇 (1981)，男，博士后，高級工程師，云南電力研究院，從事電氣設備故障診斷方面的研究 (e-mail)2040464＠ 163.com。