時間特性在斷路器操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部故障診斷中的應(yīng)用

趙國漢，慎志勇，駱佳勇

（中國長江電力股份有限公司白鶴灘電廠籌建處，四川 涼山615400）

1 引言

斷路器在電網(wǎng)中承擔(dān)著正常運(yùn)行時關(guān)合、分?jǐn)嚯娏?，故障時在繼電保護(hù)裝置的控制下快速切斷故障電流的功能，在電網(wǎng)運(yùn)行、控制中起著至關(guān)重要的作用，其運(yùn)行、維護(hù)和檢修情況與系統(tǒng)可靠性密切相關(guān)。斷路器的分、合閘時間應(yīng)在一定范圍內(nèi)，時間過長或過短均會對斷路器造成危害。合閘時間過長，則斷路器動靜觸頭剛合速度過低，延長了預(yù)擊穿時間，增大了觸頭熔焊的風(fēng)險；分閘時間過長，則電弧燃燒持續(xù)時間增大，促使觸頭熔化，在切斷短路電流工況下會引起動靜觸頭熔焊，造成斷路器越級跳閘的嚴(yán)重后果；若斷路器分、合閘時間過短則會對斷路器操作機(jī)構(gòu)的元器件強(qiáng)度造成較大沖擊，損壞斷路器操作機(jī)構(gòu)元器件或引起斷路器震動[1]。

由此可見斷路器分、合閘時間與斷路器的可靠運(yùn)行密切相關(guān)，任一型號的斷路器都有一個合理的分、合閘時間區(qū)間，斷路器的操作機(jī)構(gòu)選定后這一區(qū)間也就確定。斷路器操作機(jī)構(gòu)故障會使其分、合閘時間偏離這一區(qū)間，從而給斷路器的穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大危害，所以從斷路器的時間特性數(shù)據(jù)中診斷識別出其操作機(jī)構(gòu)的內(nèi)部故障就顯得尤為重要。

時間特性試驗(yàn)是斷路器常規(guī)預(yù)防性試驗(yàn)中判定斷路器動作能力的唯一試驗(yàn)，具有不可替代性。時間特性試驗(yàn)在斷路器空載情況下進(jìn)行，僅反映斷路器動靜觸頭的固有分、合時間，不包括斷路器預(yù)擊穿及滅弧時間，所以這一數(shù)據(jù)能真實(shí)反映斷路器操作機(jī)構(gòu)的動作能力及故障情況。本文將結(jié)合實(shí)際案例簡要分析如何利用時間特性診斷斷路器操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部故障。

2 事件

2019 年1 月24 日晚，某大型水力發(fā)電站1 F 發(fā)電機(jī)組調(diào)峰操作停機(jī)備用的過程中，在發(fā)電機(jī)出口201 斷路器分閘后瞬間，監(jiān)控系統(tǒng)報“主變低壓側(cè)零序電壓報警”和“發(fā)電機(jī)注入式定子接地報警”信號。隨后經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)為201 斷路器C 相未正常斷開，對C 相滅弧室進(jìn)行開蓋檢查發(fā)現(xiàn)該相內(nèi)部傳動機(jī)構(gòu)主傳動連接銷脫落（圖1），導(dǎo)致斷路器無法分閘。

圖1 201 斷路器C 相故障情況

3 處理

1 月26 日，斷路器廠家到電站現(xiàn)場檢查確認(rèn)故障相操作傳動機(jī)構(gòu)現(xiàn)場難以修復(fù)后，為保證機(jī)組運(yùn)行時間，對201 斷路器C 相進(jìn)行整體更換處理，設(shè)備恢復(fù)運(yùn)行。

隨后對故障的201 斷路器C 相斷路器進(jìn)行拆解檢查，發(fā)現(xiàn)該相轉(zhuǎn)動絕緣子裝配方向錯誤（圖2），導(dǎo)致上軸頂端的拐臂1 被抬高14.5 mm，其與大軸上的拐臂2 有了高度差（圖3），使得拐臂1 與拐臂2之間連板與連接銷受到側(cè)向力，在1 500 多次的合分操作中，連接銷頂端的端蓋被磨損破壞，沒有了限位臺階，在運(yùn)動過程中受重力作用，向下移動，最終脫落，C 相失去動力而分閘拒動。

圖2 轉(zhuǎn)動絕緣子正反安裝對比

圖3 轉(zhuǎn)動絕緣裝反后連板運(yùn)行效果圖

4 分析

該電站左岸4 臺巨型水輪發(fā)電機(jī)組出口斷路器均采用國產(chǎn)ZHN10-24/Y25000-130 型GCB 斷路器。其中1 F～3 F 出口斷路器為2013 年初同批供貨，4 F出口斷路器為2013 年底供貨。為尋找1 F 發(fā)電機(jī)出口201 斷路器C 相傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動絕緣安裝錯誤故障在時間特性上的體現(xiàn)，查閱該型號4 臺斷路器的歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)每臺斷路器每次試驗(yàn)的時間特性試驗(yàn)結(jié)果均滿足規(guī)程的分閘時間40±5 ms、合閘時間52±10 ms、相間不同期≤2 ms 標(biāo)準(zhǔn)。但對同批3 臺斷路器最近一次預(yù)防性試驗(yàn)的分、合閘相間不同期進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋ū?），發(fā)現(xiàn)201 斷路器的平均分閘相間不同期較同批次的202、203 斷路器偏移了將近4 倍。

表1 同批次斷路器不同期平均值對比

雖然201 斷路器最近一次預(yù)防性試驗(yàn)測得分閘相間不同期平均值為0.8 ms，不到試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)值得2 ms的一半，但是已嚴(yán)重偏離同批次另外2 臺斷路器的試驗(yàn)值；3 臺斷路器的合閘不同期則較為一致，且僅為試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)值的約1/4。由于該型號斷路器為三相共用1 臺操作機(jī)構(gòu)，三相間通過傳動機(jī)構(gòu)聯(lián)動分合，故其分、合閘相間不同期理應(yīng)較小。由此分析得出201斷路器分閘相間不同期較同批次斷路器的偏大異常應(yīng)為其內(nèi)部傳動機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)動絕緣子安裝錯誤所致。

為進(jìn)一步分析出201 斷路器分閘相間不同期偏大異常與C 相傳動機(jī)構(gòu)內(nèi)部故障間的聯(lián)系，調(diào)取201 斷路器在2015 年及2016 年兩輪歲修期間預(yù)防性試驗(yàn)的6 組（每年3 組）試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

由圖4 及圖5 可以明顯看出，201 斷路器的B、C 兩相分、合閘時間一致性一直較好，三相不同期主要表現(xiàn)為A 相較其他兩相間的偏差。合閘時間A相較另外兩相偏大，且前后兩年數(shù)據(jù)對比這一偏差逐步縮??；分閘時間A 相較另外兩項(xiàng)偏小，且前后兩年數(shù)據(jù)對比這一偏差逐步增大。

圖4 201 斷路器合閘歷史數(shù)據(jù)分析圖

圖5 201 斷路器分閘歷史數(shù)據(jù)分析圖

將以上數(shù)據(jù)規(guī)律與C 相已暴露出的操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部故障結(jié)合分析，得出201 斷路器分閘相間不同期較同批次產(chǎn)品嚴(yán)重偏大為C 相轉(zhuǎn)動絕緣子安裝錯誤所致。且分、合閘時間參數(shù)均表現(xiàn)為B、C 兩相整體偏離A 相，可初步診斷出B 相斷路器操作機(jī)構(gòu)疑存在與C 相斷路器相同的故障。

5 排查處理

為避免同類設(shè)備再發(fā)生201 斷路器C 相類似設(shè)備障礙，電廠合理安排歲修工期，聯(lián)合斷路器制造廠家對該電站4 臺同型號發(fā)電機(jī)出口斷路器進(jìn)行了專項(xiàng)拆解檢查，發(fā)現(xiàn)201 斷路器B 相轉(zhuǎn)動絕緣子安裝方向錯誤，其他斷路器傳動機(jī)構(gòu)內(nèi)部裝配無異常，檢查結(jié)果與以上基于斷路器歷史時間特性數(shù)據(jù)分析結(jié)果契合。對201 斷路器B 相進(jìn)行整體更換后設(shè)備恢復(fù)運(yùn)行。

6 結(jié)束語

斷路器時間特性既關(guān)乎其運(yùn)行可靠性，又可直觀反映其操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部故障，所以在斷路器的常規(guī)預(yù)防性試驗(yàn)期間應(yīng)重視對時間特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析。在保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)滿足預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程基本要求的基礎(chǔ)上還應(yīng)注重兩點(diǎn)。①同一斷路器試驗(yàn)數(shù)據(jù)的歷史縱向比較，注重觀察歷次試驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化趨勢，并從趨勢中總結(jié)出操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件的老化規(guī)律；②要注重斷路器不同相間及同一型號、同一批次斷路器間試驗(yàn)數(shù)據(jù)的橫向比較，同一試驗(yàn)數(shù)據(jù)橫向比較時該組數(shù)據(jù)的離散性不應(yīng)過大，若某臺或某相的數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)偏差較大，則應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其歷史數(shù)據(jù)變化規(guī)律，必要時對其操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行拆解檢查。