中間繼電器頻繁燒壞故障分析及處理

趙桂娟

(晉城煤業(yè)集團(tuán)供電分公司，山西 晉城 048006)

中間繼電器頻繁燒壞故障分析及處理

趙桂娟

(晉城煤業(yè)集團(tuán)供電分公司，山西 晉城 048006)

本文通過(guò)對(duì)某站中間繼電器頻繁燒毀現(xiàn)象進(jìn)行分析、研究，查找出了問(wèn)題原因，提出了改進(jìn)措施，避免了中間繼電器燒毀事故。

中間繼電器；頻繁燒壞；故障；措施

1 引言

在工業(yè)生產(chǎn)及各種控制系統(tǒng)中，中間繼電器作為主要的電氣執(zhí)行元件，它的觸點(diǎn)對(duì)數(shù)多，容量較大，通常在電路中起到擴(kuò)大觸點(diǎn)數(shù)量和容量的中間放大和轉(zhuǎn)換的重要作用。某站電壓無(wú)功綜合自動(dòng)補(bǔ)償裝置自2007年6月投運(yùn)以來(lái)中間繼電器一直存在燒壞的現(xiàn)象。

2 故障情況

某站電容器室的兩套電壓無(wú)功綜合自動(dòng)補(bǔ)償裝置為濟(jì)南魯電新科有限有限公司2006年5月生產(chǎn)的產(chǎn)品，型號(hào)為T(mén)VQC-6/2000-4N，額定電壓為6kV，補(bǔ)償容量為2000kVAR，額定頻率50Hz，額定電流175A。

電壓無(wú)功綜合自動(dòng)補(bǔ)償裝置自2007年6月投運(yùn)以來(lái)中間繼電器一直存在燒壞的現(xiàn)象。中間繼電器燒壞后，電容器將拒投，自2007年投運(yùn)后至今繼電器共拒動(dòng)66次，統(tǒng)計(jì)如表1所示。最近兩次燒壞的中間繼電器如圖1～3所示。

表1 電容器拒動(dòng)次數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖1 燒壞的繼電器座

圖2 燒壞的繼電器觸點(diǎn)

圖3 燒壞的繼電器座

TVQC2型高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置二次接線(xiàn)圖如圖4所示。

圖4 TVQC2型高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置二次接線(xiàn)圖

2.1 投切電容器

(1)就地操作：轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)1SA打在就地位置，其觸點(diǎn)1-2導(dǎo)通、3-4斷開(kāi)。

投入電容器時(shí)，按下投入電容按鈕1HA時(shí)，其觸點(diǎn)23-24接通，中間繼電器1kA′線(xiàn)圈得電，1kA′的常開(kāi)觸點(diǎn)5-9、6-10、11-7、8-12閉合。當(dāng)手松開(kāi)投入電容按鈕后，1HA自動(dòng)復(fù)位時(shí)，1kA′的吸合線(xiàn)圈，通過(guò)其自鎖觸點(diǎn)5-9繼續(xù)供電。由于1kA的常開(kāi)觸點(diǎn)6-10、11-7、8-12閉合，接觸器線(xiàn)圈得電，其主觸點(diǎn)吸合，電容器組被投入運(yùn)行。

切除電容器時(shí)，按下切除電容器按鈕1TA，這時(shí)中間繼電器1kA′線(xiàn)圈斷電，其觸點(diǎn)5-9、6-10、11-7、8-12均恢復(fù)到斷開(kāi)狀態(tài)。接觸器線(xiàn)圈失電，其主觸點(diǎn)恢復(fù)到斷開(kāi)狀態(tài)，電容器被切除。

(2)遠(yuǎn)方操作：轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)1SA打在遠(yuǎn)方位置，其觸點(diǎn)1-2斷開(kāi)、3-4導(dǎo)通。切除電容器按鈕1TA，器觸點(diǎn)11-12被短封，不能手動(dòng)切除電容器。

滿(mǎn)足投電容器組的條件時(shí)，VQC100內(nèi)部觸點(diǎn)301-302閉合，中間繼電器1kA′線(xiàn)圈得電，從而投入電容器。

當(dāng)不滿(mǎn)足投電容器組的條件時(shí)，VQC100內(nèi)部觸點(diǎn)301-304斷開(kāi)，中間繼電器1kA′線(xiàn)圈斷電，從而切除電容器。

2.2 閉鎖電容器

當(dāng)PT開(kāi)口采到零序電壓后，電容器組綜合保護(hù)裝置SKCP內(nèi)部繼電器線(xiàn)圈1PC得電，其輔助常開(kāi)接點(diǎn)105-106閉合，則閉鎖繼電器1KA線(xiàn)圈得電，1kA的常開(kāi)觸點(diǎn)5-9、10-6、8-12閉合，1kA的常閉觸點(diǎn)3-11斷開(kāi)，告警指示燈亮，電容器被閉鎖，不能進(jìn)行投切操作。

3 故障分析

3.1 對(duì)電容器動(dòng)作頻次的分析

電壓無(wú)功綜合自動(dòng)補(bǔ)償裝置自2007年6月投運(yùn)至2014年6月，動(dòng)作次數(shù)統(tǒng)計(jì)如表2所示。分析表1數(shù)據(jù)，可以看出I#電容器組C608各組日平均動(dòng)作不足1次，II #電容器組C634各組日平均動(dòng)作1～2次。由此可以排除直流繼電器因頻繁動(dòng)作而燒壞。

表2 電容器動(dòng)作次數(shù)統(tǒng)計(jì)

3.2 對(duì)所使用繼電器質(zhì)量的分析

站內(nèi)先后根據(jù)廠(chǎng)家設(shè)計(jì)人員的建議，將直流繼電器由出廠(chǎng)時(shí)的3A更換為5A，但更換后直流繼電器燒壞的情況，并沒(méi)有得以解決。2011年廠(chǎng)家最終建議將直流繼電器更換為10A。更換為10A后，燒壞的頻次大大減少，但還是存在燒壞的現(xiàn)象，2013年燒壞1個(gè)，2014年燒壞2個(gè)。

近期與廠(chǎng)家聯(lián)系，廠(chǎng)家建議更換質(zhì)量較好的歐姆龍直流繼電器。

鑒于考慮站內(nèi)每次更換的繼電器與廠(chǎng)家使用的繼電器，進(jìn)貨渠道不同，繼電器的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。由此我們分析繼電器質(zhì)量不高可能是造成其燒壞的原因之一。

3.3 電路存在設(shè)計(jì)缺陷

眾所周知，直流可以分解成直流分量和交流分量?jī)刹糠?。直流分量?huì)在線(xiàn)圈中產(chǎn)生熱量，而交流分量不僅會(huì)使線(xiàn)圈發(fā)熱而且會(huì)在鐵芯中形成渦流引起鐵芯發(fā)熱。據(jù)有關(guān)資料介紹繼電器的發(fā)熱不僅與交流分量大小有關(guān)，還與電路中諧波有關(guān)，因此直流繼電器發(fā)熱是直流分量和交流分量共同作用的結(jié)果。

因?yàn)樵诶^電器端電壓降低的情況下，直流分量引起的線(xiàn)圈發(fā)熱會(huì)減少；若紋波加大則其中的交流分量增大，高次諧波增加，其引起線(xiàn)圈和鐵芯發(fā)熱增大。如果交流分量增加較多，由此增大的發(fā)熱量超過(guò)電壓降低直流分量所減少的發(fā)熱量，則繼電器溫度會(huì)上升。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)燒壞的繼電器進(jìn)行研究。我們發(fā)現(xiàn)，燒壞的3A、5A繼電器，有的線(xiàn)圈燒焦、有的觸點(diǎn)燒壞，也有的既線(xiàn)圈燒焦、又觸點(diǎn)燒壞。燒壞的10A繼電器，觸電存在燒壞，線(xiàn)圈雖然沒(méi)有燒壞，但是由于發(fā)熱，線(xiàn)圈也由最初的白色變成黃色。廠(chǎng)家最初設(shè)計(jì)的電路如圖5所示，可以看出沒(méi)有考慮直流分量和交流分量。由此我們懷疑該電路存在設(shè)計(jì)缺陷是造成繼電器燒壞的原因之一。

圖5 廠(chǎng)家最初設(shè)計(jì)的電路

3.4 電容器室溫度較高

按照《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50227-1995)規(guī)定：高壓電容器室的夏季排風(fēng)溫度，不宜超過(guò)40℃。高壓并聯(lián)電容器裝置室，宜采用自然通風(fēng)。當(dāng)自然通風(fēng)不能滿(mǎn)足要求時(shí)，可采用自然進(jìn)風(fēng)和機(jī)械排風(fēng)。我們對(duì)電容器熱負(fù)荷評(píng)估如下：

電容器室安裝TVQC-6/2000-4N型并聯(lián)補(bǔ)償成套裝置，每塊屏裝有BFM6.6/√3-167-1W型電容器12只，串聯(lián)電抗器CKSC-25/6-5。

(1)電容器產(chǎn)生的熱量

電容器補(bǔ)償總?cè)萘縌C=2000kVar，電容器介質(zhì)損耗角tgσ=0.004，則電容器有功損耗：

P=Qc×tgσ=2000×0.004=8kW，電容器散熱量為：Q1=860×P=860×8=6880kcal/h。

(2)串聯(lián)電抗器產(chǎn)生的熱量

串聯(lián)電抗器容量為QL=25kVar，損耗值為0.03，則電抗器功率損耗：P=25×0.03=0.75kW，電抗器發(fā)熱量為：Q2=0.09×0.09×0.75×0.75=0.056kcal/h。

(3)屋頂太陽(yáng)輻射熱

站內(nèi)電容器室屋頂為SBS油氈屋面，其屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)K=0.669kcal/m·h·℃，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度J=105kcal/m2·h，屋面吸收系數(shù)ρ=0.85。

屋面表面積F=5.37×6=32.22m2；則太陽(yáng)輻射熱：Q3=0.047FKρJ=0.047×32.22×0.669×0.85×105=90.418kcal/h。

可見(jiàn)，熱量主要是電容器產(chǎn)生的，而太陽(yáng)輻射熱及電抗器產(chǎn)生的熱量占電容器發(fā)熱量的很小部分。

Q+Q1+Q2+Q3=6880+0.056+90.418=6970.47kcal/h

(5)電容器室自然通風(fēng)量評(píng)估

空氣比熱C=0.24kcal/kg·℃，進(jìn)、排風(fēng)平均容量rip=1.131kg/m3，進(jìn)風(fēng)溫度ti=33℃，排風(fēng)溫度tp=40℃，則電容器室自然通風(fēng)量：

站內(nèi)日常測(cè)溫，電容器室室內(nèi)最高溫度達(dá)30℃以上，中間繼電器最高溫度達(dá)60℃以上。通過(guò)熱負(fù)荷評(píng)估可知，電容器室熱負(fù)荷每小時(shí)可達(dá)6970.47kcal，自然通風(fēng)量每小時(shí)達(dá)到3668.15m3，采可以滿(mǎn)足要求。但站內(nèi)電容器室實(shí)際通風(fēng)情況，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到要求。由此，我們分析電容器室室內(nèi)溫升與通風(fēng)不匹配，溫度太高是引起直流繼電器的溫度高的一個(gè)原因。也是引起直流繼電器燒壞的一個(gè)間接原因。

4 改進(jìn)措施

4.1 更換質(zhì)量好的繼電器

與廠(chǎng)家聯(lián)系，確定進(jìn)貨渠道，更換質(zhì)量較好的歐姆龍直流繼電器。

4.2 對(duì)電路進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)

地下水開(kāi)發(fā)利用程度差異較大，在地下水開(kāi)發(fā)利用程度較低地段，可開(kāi)展節(jié)水增糧行動(dòng)項(xiàng)目，一方面采用高效灌溉，解決寶清縣春旱對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響，另一方面合理利用地下水資源。

建議采用阻容濾波電路，用電阻降低線(xiàn)圈上的電壓，達(dá)到抑制直流分量的目的，用并列電容器濾去非直流分量。改進(jìn)后的電路，如圖6所示。

圖6 改進(jìn)后的電路

現(xiàn)場(chǎng)使用卡流表對(duì)線(xiàn)圈回路進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得回路中最大電流為500mA，由于直流繼電器由于通以直流時(shí)不會(huì)產(chǎn)生電抗，因此其線(xiàn)圈可以近似看成一個(gè)電阻，從而可以畫(huà)出繼電器供電電路圖，如圖7所示。

圖7 繼電器供電電路圖

現(xiàn)場(chǎng)電路中使用的是交直流通用繼電器，型號(hào)OMRON-LY4NJ，線(xiàn)圈：10A-240VAC，10A-28VDC，觸點(diǎn)：10A-240VAC，10A-28VDC。站內(nèi)控母電壓為224VDC。

(1)串聯(lián)電阻的選型：UR=U1-UL=224-28=196V；

最終選392Ω精度為1%的金屬膜電阻。

(2)并聯(lián)電容的選型：

電容的耐壓為(1.5～2)×28=42～56V；

最終確定選1000μF/100V的瓷介電容。

(3)改進(jìn)效果預(yù)估

4.3 電容器室降溫

在考慮防小動(dòng)物措施的前提下，將電容器室及消弧線(xiàn)圈室常閉門(mén)，加裝網(wǎng)門(mén)，以便自然通風(fēng)。

5 結(jié)論

在諸多電氣故障現(xiàn)象中，有不少是繼電器本身的故障而引起的，而其他方面引起的電氣故障，有時(shí)也會(huì)表現(xiàn)為中間繼電器的故障現(xiàn)象。為了調(diào)查原因，我們從調(diào)查造成故障的可能性出發(fā)，全面的分析了中間繼電器頻繁燒毀的原因，并提出了改進(jìn)措施。

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[3] 崔明光.直流繼電器燒壞的故障分析與分析[J].電世界，2002,9：32.

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Analysis and Treatment of Burn-out Fault of Auxiliary Relays

ZHAOGui-juan

(Power Supply Branch Company,Jincheng Coal Industry Group,Jincheng 048006,China)

The paper analyzes auxiliary relay burn-out pheromenon,finds out reason,puts forward improved measrues,avoiding the auxiliany relay burn-out accident.

auxiliary relay;frequent burn-out;fault;measure

1004-289X(2016)05-0105-04

TM58

B

2015-07-06

趙桂娟(1980-)，女，河北河間人，工學(xué)學(xué)士，工程師，從事變電運(yùn)行管理工作。