降低10kV電磁型電容器開關(guān)合閘故障率的分析與對(duì)策

秦玲 郭巖

摘 要：通過對(duì)沿海某地區(qū)近幾年來多起配10kV電磁型操作機(jī)構(gòu)的電容器開關(guān)合閘回路故障的統(tǒng)計(jì)及原因分析，提出相應(yīng)對(duì)策，并提出對(duì)合閘回路的改進(jìn)意見，降低10kV電磁型機(jī)構(gòu)電容器開關(guān)的故障率。

關(guān)鍵詞：10kV電磁型操作機(jī)構(gòu)；合閘回路故障率原因；對(duì)策

引言

風(fēng)力發(fā)電等綠色能源的相繼投運(yùn)對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行提出了更高更嚴(yán)的要求，電網(wǎng)電壓、無功潮流變化愈加復(fù)雜頻繁，使得電網(wǎng)穩(wěn)定面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。為了電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)運(yùn)行，2006年底以來，江蘇省沿海地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)多處成功投運(yùn)。該系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)電壓及無功潮流分布情況，自動(dòng)完成本電網(wǎng)變壓器有載分接頭調(diào)整及電容器開關(guān)的投切，造成某縣所轄電容器開關(guān)操作頻繁，特別是電磁機(jī)構(gòu)故障增多。使電網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)一步安全可靠，減少設(shè)備損壞、保障連續(xù)供電、為企業(yè)增收節(jié)支，成為當(dāng)前亟待解決的問題。

1 電磁型機(jī)構(gòu)電容器開關(guān)現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 基本性能

操作機(jī)構(gòu)是斷路器開關(guān)的重要組成部分，工作可靠性在很大程度上依賴于操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作可靠性。經(jīng)過對(duì)這幾年發(fā)生的斷路器事故進(jìn)行分析證明，由于操作機(jī)構(gòu)故障導(dǎo)致斷路器的事故，占總事故的60%以上，而CD10型電磁機(jī)構(gòu)電容器開關(guān)由于操作機(jī)構(gòu)問題引起的故障尤為典型，現(xiàn)場檢修過程中并沒有發(fā)現(xiàn)其他機(jī)構(gòu)機(jī)械部分有故障?？梢姴僮鳈C(jī)構(gòu)對(duì)斷路器工作性能和可靠性起著多么重要的作用。

CD10系列直流電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)為戶內(nèi)懸掛式，是目前一般變電所使用最普遍的一種操動(dòng)機(jī)構(gòu)。但此型號(hào)電磁機(jī)構(gòu)電容器開關(guān)動(dòng)作頻繁，常因使用不當(dāng)而發(fā)生拒動(dòng)，誤動(dòng)。為此如何迅速準(zhǔn)確的找出故障原因，排除故障，盡快的恢復(fù)供電是變電檢修和變電運(yùn)行部門人員刻不容緩的職責(zé)。

1.2 某沿海區(qū)域CD10型電磁型操作機(jī)構(gòu)的10kV開關(guān)運(yùn)行情況

某沿?？h范圍內(nèi)現(xiàn)有配CD10型電磁型操作機(jī)構(gòu)的10kV開關(guān)102臺(tái)，近兩年來發(fā)現(xiàn)此類開關(guān)合閘回路故障頻繁，特別是此類電容器開關(guān)共22臺(tái)發(fā)生了故障，當(dāng)合閘回路故障后造成開關(guān)拒合，燒壞合閘接觸器線圈和合閘線圈，損失較大。其中16次故障均為電磁型操作機(jī)構(gòu)合閘回路故障引起的斷路器故障，其故障率為16/22=72%，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3萬余元。由多方面數(shù)據(jù)分析得出，操作機(jī)構(gòu)故障是造成電磁型電容器開關(guān)故障的主要原因。

因操作機(jī)構(gòu)合閘回路燒毀時(shí)需一定時(shí)間，直流系統(tǒng)在此時(shí)間段內(nèi)大電流放電，易造成蓄電池回路故障，若蓄電池回路開路后，直流系統(tǒng)電壓會(huì)大幅度波動(dòng)，所有保護(hù)及測控裝置也不能正常工作，嚴(yán)重時(shí)甚至造成直流系統(tǒng)癱瘓，殃及整個(gè)變電所電網(wǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行。

2 此類型開關(guān)故障原因分析

2.1 機(jī)械故障主要原因

2.1.1 限位螺桿過高、過低

現(xiàn)象：電動(dòng)合閘失靈。

原因：限位螺桿過高或過低，當(dāng)合閘受力后，導(dǎo)致二連桿向上（向下）彎曲，使得合閘鐵芯作虛功。

當(dāng)連桿正好在水平位置上，使合閘過于靈敏，在合閘過程之中，鐵芯頂桿頂住滾輪升到終止位置，滾輪自動(dòng)跳下，使合閘失敗，因此，限位螺桿的高低是合閘成功與否的關(guān)鍵。

處理方法：檢查調(diào)正限位螺桿，使連桿基本成一直線略小于180度。

2.1.2 合閘鐵心卡澀

現(xiàn)象：合閘鐵心在合閘過程中，上下不能自由串動(dòng)、合閘后鐵心落不下來。

原因：合閘線圈內(nèi)套筒安裝不當(dāng)或者變形，緊力不一致，造成鐵心不垂直，產(chǎn)生磨擦阻力大，不能自由串動(dòng)，在電動(dòng)力作用下迫使鐵心上升，一般被卡住落不下來。

處理方法：重新安裝使套筒緊力一致均勻。然后用加力桿手動(dòng)進(jìn)行合閘，分閘直至動(dòng)作靈活為止。

2.2 電氣方面主要原因

2.2.1 合閘回路不通

現(xiàn)象：合閘回路綠燈不亮，回路不通。

原因：油斷路器輔助觸點(diǎn)（常閉）不閉合，操作保險(xiǎn)熔斷，合閘回路斷線，防跳回路常閉接點(diǎn)操作接觸不良，合閘操作把手接點(diǎn)接觸不良等。

處理方法：首先檢查操作保險(xiǎn)熔絲是否已經(jīng)熔斷，再手動(dòng)緩慢合閘，觀察油斷路器輔助開關(guān)常閉觸點(diǎn)動(dòng)作是否正確，否則應(yīng)該調(diào)整與之連接的螺桿。這個(gè)部位是最薄弱的環(huán)節(jié)和經(jīng)常出現(xiàn)問題的地方，先用萬用表檢查回路各元件，查出其故障點(diǎn)。

2.2.2 蓄電池容量不足，直流電壓過低

現(xiàn)象：發(fā)出合閘命令后雖機(jī)構(gòu)動(dòng)作，但不能合閘。

原因：如果直流電源電壓低于170V即不足合閘線圈額定電壓的80%。

如果交流側(cè)一相保險(xiǎn)熔絲熔斷或硅元件一相擊穿，則輸出直流電壓為170V。如交流側(cè)兩相保險(xiǎn)熔絲熔斷，則輸出直流電壓為零；除此之外可能是電源電壓過低。

處理方法：檢查三相橋式整流器交流電源側(cè)保險(xiǎn)熔絲是否熔斷，另檢查硅元件是否擊穿。應(yīng)更換保險(xiǎn)熔絲和硅元件，調(diào)高直流電源以滿足合閘線圈使用電壓。

2.2.3 合閘線圈燒壞

現(xiàn)象：合閘接觸器卡死，致使觸點(diǎn)沾連。

原因：合閘操作后接觸器銜鐵由于銹蝕等原因不返回，其觸點(diǎn)長時(shí)間閉合或因接觸器的滅弧罩多次合閘，分閘受振動(dòng)而脫落，電弧不能迅速熄滅，將觸點(diǎn)熔化而沾連，使合閘線圈長時(shí)間帶電而燒壞。油斷路器輔助開關(guān)常閉觸點(diǎn)無法斷開，此時(shí)，如果采用重合閘則合閘線圈長期自保持、不能返回，很快將線圈燒壞，由于操作頻繁，溫度過高，甚至燒毀。

處理方法：消除合閘接觸器缺陷，修復(fù)觸點(diǎn)、滅弧罩。手動(dòng)合閘調(diào)整輔助開關(guān)，使其恢復(fù)正常。盡量減少操作次數(shù)，當(dāng)合閘線圈溫度超過65℃時(shí)，應(yīng)停止操作，待線圈溫度低到65℃以下時(shí)再進(jìn)行操作。

2.3 人為環(huán)境方面原因

電網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)正式運(yùn)行，某縣三個(gè)風(fēng)力發(fā)電廠先后投運(yùn)，電網(wǎng)電壓、無功潮流變化變得更加復(fù)雜頻繁，無功優(yōu)化系統(tǒng)對(duì)各變電所電容器開關(guān)操作頻繁，造成電容器開關(guān)故障較多，特別是電磁型操作的電容器開關(guān)故障頻發(fā)。

現(xiàn)在大多數(shù)變電所均為無人值班變電所，發(fā)生合閘回路故障后，當(dāng)運(yùn)行人員到現(xiàn)場時(shí)開關(guān)合閘回路已經(jīng)燒毀。由于大部分情況下合閘回路發(fā)生故障后，開關(guān)動(dòng)作是瞬時(shí)和可恢復(fù)的，當(dāng)重新合閘時(shí)能正確合閘就可避免燒損設(shè)備。

針對(duì)上述分析擬采取一些人為防范措施：（1）運(yùn)行人員每次巡視時(shí)緊合閘熔絲具或更換不易松動(dòng)的熔絲具。（2）縮短電容器開關(guān)的檢修周期。（3）將此類開關(guān)更換為可靠性高的彈操機(jī)構(gòu)開關(guān)。

3 降低此類型電容器開關(guān)故障的解決對(duì)策

3.1 加強(qiáng)人員教育，更新設(shè)備類型

一方面，加強(qiáng)對(duì)變電人員的培訓(xùn)及電容器開關(guān)的巡視，及時(shí)斷開故障開關(guān)操作電源。另一方面，針對(duì)年久變電站實(shí)施綜自改造，舊開關(guān)更換為可靠性高的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)開關(guān)。如果條件不允許，或者年限未到，針對(duì)此類型故障頻繁的變電站實(shí)施直流系統(tǒng)升級(jí)，提供穩(wěn)定的直流保障。

3.2 加裝開關(guān)合閘保護(hù)電路

同時(shí)，對(duì)于電磁型操作機(jī)構(gòu)的電容器開關(guān)，在合閘回路中增加合閘回路保護(hù)時(shí)間繼電器SJ1，通過在合閘回路中增加合閘回路保護(hù)時(shí)間繼電器，以達(dá)到斷開合閘回路的目的。

當(dāng)合閘命令發(fā)出一定時(shí)間后如果開關(guān)沒有合閘，這時(shí)通過合閘回路保護(hù)繼電器瞬時(shí)斷開合閘回路將合閘保持繼電器復(fù)位，從而達(dá)到保護(hù)合閘回路元件和直流系統(tǒng)的作用。

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