一起500 kV斷路器拒動(dòng)故障原因分析與改進(jìn)方法

段俊杰，菅有為，劉 況，史偉波

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250118）

0 引言

斷路器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備。斷路器拒動(dòng)是電力行業(yè)中經(jīng)常出現(xiàn)的嚴(yán)重故障之一，是整個(gè)電力行業(yè)面臨的一個(gè)難題，特別是500 kV斷路器拒動(dòng)。一旦斷路器單相分閘拒動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段延時(shí)后三相不一致動(dòng)作，如故障相斷路器依然無(wú)法動(dòng)作就會(huì)導(dǎo)致故障范圍擴(kuò)大，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅。

針對(duì)某換流站發(fā)生一起小組交流濾波器斷路器拒動(dòng)故障，母線失靈保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致大組濾波器跳閘事件，通過(guò)對(duì)彈簧機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，總結(jié)斷路器拒動(dòng)原因，并提出應(yīng)對(duì)方案和改進(jìn)措施，為今后斷路器彈簧機(jī)構(gòu)的維護(hù)和分析類似的事故原因提供借鑒［1-4］。

1 故障情況

故障相關(guān)設(shè)備一次系統(tǒng)如圖1所示，該直流線路功率由4 000 MW降至3475 MW過(guò)程中，5621并聯(lián)電容器由無(wú)功控制自動(dòng)切除，B相未正確分閘，A，C相分閘成功，2.6 s后，三相不一致保護(hù)動(dòng)作，仍未跳開B相斷路器，7 s后，5621并聯(lián)電容器保護(hù)1，2零序過(guò)流保護(hù)Ⅱ段動(dòng)作，啟動(dòng)62號(hào)母線保護(hù)1，2失靈保護(hù)，62號(hào)母線保護(hù)動(dòng)作跳閘，跳開進(jìn)線圖1中所示 5051，5052 斷路器及 5622，5623，5624，5625 小組濾波器斷路器。事故發(fā)生2 h 57 min后，恢復(fù)62號(hào)母線運(yùn)行，5622，5623，5624，5625 小組濾波器恢復(fù)熱備用，5621并聯(lián)電容器轉(zhuǎn)檢修進(jìn)行檢查處理。

圖1 故障相關(guān)設(shè)備一次系統(tǒng)

2 故障診斷

2.1 保護(hù)裝置檢查

現(xiàn)場(chǎng)5621并聯(lián)電容器保護(hù)采用SDR-101A／R1保護(hù)裝置，零序過(guò)流保護(hù)分兩段，Ⅰ段延時(shí)10 s告警（定值 0.121 A），Ⅱ段延時(shí) 7 s跳閘（定值 0.323 A）。事故發(fā)生后現(xiàn)場(chǎng)檢查該保護(hù)1，2裝置 “跳閘”紅燈亮，5621操作箱 “A相跳閘”“B相跳閘”“C相跳閘”紅燈亮，5621并聯(lián)電容器雙套保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作報(bào)文為“零序過(guò)流Ⅱ段動(dòng)作”，動(dòng)作時(shí)刻，接地側(cè)零序電流0.414 A（TA 變比 500∶1，折算一次電流 207 A，為 B 相運(yùn)行額定電流值），大于零序Ⅱ段動(dòng)作定值0.323 A，因此判斷2套電容器保護(hù)正確動(dòng)作。

交流濾波器小組斷路器三相不一致保護(hù)采用斷路器本體三相不一致保護(hù)，時(shí)間整定為2.5 s。當(dāng)出現(xiàn)斷路器三相分合位狀態(tài)不一致時(shí)，延時(shí)2.5 s發(fā)跳閘命令跳本斷路器，經(jīng)檢查故障錄波。

現(xiàn)場(chǎng)62號(hào)母線保護(hù)采用SDZ-101A／R1保護(hù)裝置，失靈保護(hù)判斷失靈啟動(dòng)開入同時(shí)，判斷故障支路電流，延時(shí)0 ms跟跳故障斷路器，延時(shí)250 ms跳所連母線的所有斷路器。事故發(fā)生后現(xiàn)場(chǎng)檢查該保護(hù)1，2裝置“跳閘”紅燈亮，裝置報(bào)文“小組一失靈跟跳”“小組一失靈保護(hù)動(dòng)作”，動(dòng)作相別為B相，動(dòng)作電流0.206 A，大于小組一失靈電流定值0.101 A，因此判斷2套母線保護(hù)正確動(dòng)作。

經(jīng)過(guò)分析故障錄波圖，整理保護(hù)動(dòng)作時(shí)序如圖2所示。

圖2 保護(hù)動(dòng)作時(shí)序

2.2 二次回路檢查

二次分閘回路如圖3所示。現(xiàn)場(chǎng)檢查5621斷路器控制電源正常，三相不一致分閘命令仍然存在，斷電后測(cè)量分閘線圈（圖3中-Y3LB／ZM4）與限壓電阻（圖3中-R47LB／ZM6）并聯(lián)阻值均為 1 kΩ，對(duì)比測(cè)量A，C相阻值為52 Ω左右，正常值為56 Ω左右，判斷分閘線圈已損壞。

圖3 分閘回路

2.3 操作機(jī)構(gòu)檢查

故障斷路器型號(hào)為3AP2 FI-550 kV（三相雙斷口彈簧機(jī)構(gòu)單柱式500 kV斷路器），于2018年11月投入運(yùn)行，至今投切74次?，F(xiàn)場(chǎng)檢查5621斷路器A，C相在分閘狀態(tài)，B相在合閘狀態(tài)，檢查5621斷路器三相SF6壓力、彈簧儲(chǔ)能均正常，控制電源、儲(chǔ)能電源開關(guān)在合位，檢查電容器、電抗器、避雷器、管母等電氣設(shè)備外觀，均未發(fā)現(xiàn)明顯放電痕跡或其他異常現(xiàn)象。檢測(cè)5621斷路器氣體組分無(wú)異常。

圖4 分閘棘爪釋放工作原理

分閘棘爪釋放工作原理如圖4所示［5］。將分閘脫扣器拆除后，通過(guò)機(jī)械力無(wú)法推動(dòng)分閘脫扣器杠桿（圖4中18.9.2），處于卡死狀態(tài)；將分閘脫扣器杠桿松動(dòng)下移后，機(jī)械力能夠推動(dòng)分閘脫扣器杠桿，斷路器能夠正常分閘。拆除分閘脫扣器杠桿后，發(fā)現(xiàn)分閘脫扣器棘爪杠桿 （圖4中18.9.1）轉(zhuǎn)軸一端脫出，兩者表面均存在不同程度的機(jī)械損傷，如圖5、圖6所示。

圖5 磨損的杠桿上齒

圖6 脫落并被磨損的棘爪杠桿轉(zhuǎn)軸

3 故障分析及處理

3.1 故障分析

經(jīng)分析，5621斷路器B相未分閘直接原因?yàn)闄C(jī)構(gòu)箱內(nèi)分閘脫扣器棘爪杠桿與杠桿卡死，無(wú)法正常脫扣分閘。卡死原因?yàn)榉珠l脫扣器棘爪杠桿轉(zhuǎn)軸廠內(nèi)裝配不到位，現(xiàn)場(chǎng)多次分閘后，轉(zhuǎn)軸不斷偏移、脫出。由此可以理清這次故障的整個(gè)發(fā)展過(guò)程如下：無(wú)功控制自動(dòng)切除5621并聯(lián)電容器時(shí)，由于機(jī)構(gòu)箱內(nèi)分閘脫扣器棘爪杠桿與杠桿卡死，導(dǎo)致B相無(wú)法分閘；2.5 s延時(shí)后三相不一致保護(hù)動(dòng)作，B相無(wú)法分閘，分閘線圈持續(xù)得電過(guò)熱損壞；7 s延時(shí)后5621電容器零序電流保護(hù)Ⅱ段動(dòng)作，B相仍然無(wú)法分閘；失靈保護(hù)判斷失靈啟動(dòng)開入，瞬時(shí)命令5621開關(guān)跳閘，B相仍然無(wú)法分閘，在經(jīng)過(guò)250 ms延時(shí)后命令所連第2組濾波器場(chǎng)62號(hào)母線相連所有斷路器跳閘。

3.2 故障處理

對(duì)5621斷路器故障相機(jī)構(gòu)箱進(jìn)行更換處理。更換后進(jìn)行機(jī)械特性試驗(yàn)、回路電阻試驗(yàn)和開關(guān)傳動(dòng)，結(jié)果均正常，故障消除。

為防止類似故障再次發(fā)生，需對(duì)同型號(hào)操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查。經(jīng)過(guò)對(duì)該型機(jī)構(gòu)分析研究，決定使用內(nèi)窺鏡在不拆除任何機(jī)構(gòu)部件的情況下進(jìn)行檢查。

圖7 安裝緊固的棘爪杠桿轉(zhuǎn)軸

如圖7所示，使用內(nèi)窺鏡可以清楚地看出棘爪杠桿轉(zhuǎn)軸安裝牢固，檢查結(jié)果合格，可以排除松動(dòng)脫出的可能。

4 結(jié)語(yǔ)

斷路器彈簧機(jī)構(gòu)是斷路器的核心部件，通過(guò)闡述一起3AP2 FI-550 kV型斷路器彈簧機(jī)構(gòu)故障檢修全過(guò)程，為同類型機(jī)構(gòu)的檢修工作提供經(jīng)驗(yàn)，也為其他型號(hào)彈簧機(jī)構(gòu)檢修提供借鑒。