隔離開關(guān)二次回路故障處理方法探討

凌 青

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司湛江供電局，廣東 湛江 524000)

隔離開關(guān)是一種高壓開關(guān)電器，其主要作用是保證高壓設(shè)備檢修時檢修人員的安全，在需要檢修的設(shè)備和其他帶電部分形成一個明顯的斷開點(diǎn)，為檢修人員提供足夠大的絕緣間隔[1]。目前隔離開關(guān)和斷路器是變電站中最常見的相互配合使用的設(shè)備。由于受到設(shè)備條件、環(huán)境等各種因素的影響，容易導(dǎo)致隔離開關(guān)發(fā)生故障，嚴(yán)重影響倒閘操作效率，給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和人身安全帶來較大風(fēng)險[2]。

本文從2017—2019年湛江地區(qū)某巡維中心倒閘操作過程出現(xiàn)的隔離開關(guān)故障數(shù)據(jù)中分析(見表1)，霞山站、寶滿站2座變電站隔離開關(guān)故障發(fā)生次數(shù)較多，主要原因是設(shè)備運(yùn)行年限較長，設(shè)備工況較差，而良豐站和仙塘站隔離開關(guān)故障的發(fā)生則受外部環(huán)境影響，通過對比各站隔離開關(guān)故障發(fā)生的原因，發(fā)現(xiàn)二次回路的故障率高達(dá)80%以上，造成平均每次延誤操作時間達(dá)2～3 h，因此有效處理二次回路的故障，能極大提高倒閘操作效率，且具有非常積極的意義。

表1 巡維中心隔離開關(guān)故障統(tǒng)計(jì)(2017—2019年)

1 隔離開關(guān)二次回路的組成及動作原理

目前變電站隔離開關(guān)的動作可以分為手動操作和電動操作，考慮到手動操作會帶來一定的人身風(fēng)險，大多數(shù)情況下都是采用電動操作，電動操作通常有3個以上的操作點(diǎn)(見圖1)，后臺機(jī)或測控裝置、現(xiàn)場端子箱、隔離開關(guān)的機(jī)構(gòu)箱[3]。后臺機(jī)或測控裝置操作是滿足五防閉鎖等條件下從后臺機(jī)或測控裝置發(fā)送命令接通隔離開關(guān)的二次回路并驅(qū)動電動機(jī)的操作；現(xiàn)場端子箱操作是在開關(guān)端子箱內(nèi)滿足二次回路的邏輯條件下通過按鈕的分合接通二次回路并驅(qū)動電動機(jī)實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)的操作；隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱操作是隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)滿足二次回路的邏輯條件下通過按鈕的分合接通二次回路并驅(qū)動電動機(jī)實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)的操作，一般是用于檢修人員對于隔離開關(guān)的維護(hù)、試驗(yàn)時的操作[4]。

圖1 隔離開關(guān)操作點(diǎn)示意圖

常見的隔離開關(guān)二次回路主要是由電源回路、控制回路及電動機(jī)回路構(gòu)成，電源回路是為隔離開關(guān)的動作提供電源動力；控制回路是實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)在滿足一系列條件的情況下進(jìn)行可靠動作的控制；電動機(jī)回路是通過電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)的分合操作。隔離開關(guān)的3個回路相輔相成，缺一不可，任一回路出現(xiàn)故障，都會影響隔離開關(guān)的正常動作。以某110 kV 間隔12341母線隔離開關(guān)間隔為例，該間隔為杭州西門子隔離開關(guān)，MA6型機(jī)構(gòu)(見圖2和圖3)，具體的二次回路及動作過程如下[5]。

圖2 隔離開關(guān)電源及控制回路

圖3 隔離開關(guān)電動機(jī)回路

電源回路：～A→～N (220 V交流電源，取自交流動力電源)。

控制回路：1ZK→～N (220 V交流電源，取自交流動力電源)。

電動機(jī)回路：L1、L2、L3→U1、V1、W1(380 V交流電源，取自交流動力電源)。

動作過程：在控制回路1ZK→N帶電接通后，通過遠(yuǎn)方測控YK12→YK15/YK16或就地1HA/1FA按鈕發(fā)出分合閘命令，使控制回路接觸器K1/K2動作，對應(yīng)電動機(jī)回路接觸器K1/K2觸點(diǎn)動作，驅(qū)動電動機(jī)正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)的分合閘。

2 隔離開關(guān)二次回路的常見故障

根據(jù)二次回路的組成，隔離開關(guān)二次回路的常見故障主要分為3個方面：電源回路故障，控制回路故障，電動機(jī)回路故障。這3個方面的故障通常情況下表現(xiàn)為隔離開關(guān)的拒合和拒分，嚴(yán)重情況下會導(dǎo)致電動機(jī)的短路燒毀。因此運(yùn)維人員在倒閘操作或設(shè)備修試過程中遇到這些情況，必須立即停止操作，查清原因，排除故障后才能繼續(xù)操作，如特殊情況下需要緊急送電，必須做好風(fēng)險評估和采取相應(yīng)的安全措施后方能操作，避免給設(shè)備和人身帶來更大的風(fēng)險[6]。

2.1 電源回路故障

電源回路故障是隔離開關(guān)二次回路中最常見的故障類型，主要表現(xiàn)為靜態(tài)故障和動態(tài)故障，靜態(tài)故障指隔離開關(guān)控制回路的電源或者電動機(jī)回路的電源無電壓或異常，主要是由于空開漏投入、空開故障或者上級電源消失造成。動態(tài)故障是指隔離開關(guān)在電動操作過程中突然電源消失或異常，多數(shù)情況下是由于突發(fā)性空開的跳閘、上級電源消失或二次回路故障引起的。

2.2 控制回路故障

控制回路故障是隔離開關(guān)二次回路中最復(fù)雜的故障類型，往往是由于一種或幾種原因同時引起，具有多樣性和交叉性特點(diǎn)，目前比較常見的是控制回路斷線或接觸不良、隔離開關(guān)閉鎖條件不滿足、交直流回路短路、空開異常故障、二次元件損壞等原因引起，具有一定的復(fù)雜性和隱蔽性[7]。

2.3 電動機(jī)回路故障

電動機(jī)回路故障是隔離開關(guān)二次回路中最簡單的故障類型，發(fā)生電動機(jī)回路故障時，后臺機(jī)會出現(xiàn)電動機(jī)故障告警的信號和光字牌，同時現(xiàn)場檢查電動機(jī)回路的熱耦繼電器的動作標(biāo)示也是電動機(jī)回路故障判斷的重要依據(jù)，有利于運(yùn)維人員及時判斷和檢查。電動機(jī)回路故障通常是由于電動機(jī)空開故障、接觸器觸點(diǎn)接觸不良、閉鎖回路未接通和電動機(jī)缺相、過熱、短路等原因引起的[8]。

3 隔離開關(guān)二次回路的故障原因分析

在長期設(shè)備運(yùn)行過程中，造成隔離開關(guān)二次回路故障的原因很多，也非常復(fù)雜，大體上可以分為人為因素、設(shè)備因素和環(huán)境因素。人為因素主要在隔離開關(guān)新投運(yùn)階段的施工、驗(yàn)收等環(huán)節(jié)，沒有嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)程制度，導(dǎo)致誤接線、端子排松動、電纜損傷、寄生回路等隱患。而在隔離開關(guān)運(yùn)維階段則是定檢或維護(hù)過程中錯誤接線、振動過大、維護(hù)不當(dāng)導(dǎo)致二次回路的異常。設(shè)備因素主要為隔離開關(guān)設(shè)備的質(zhì)量問題，例如內(nèi)部元件故障、繼電器老化二次回路絕緣低等。環(huán)境因素主要為潮濕或雨霧天氣造成測控屏、端子箱、機(jī)構(gòu)箱內(nèi)二次回路氧化銹蝕，引起端子排或元件接觸不良，造成二次回路接地或絕緣降低。在2017—2019年湛江地區(qū)某巡維中心隔離開關(guān)二次缺陷統(tǒng)計(jì)情況分析中(見圖4)，設(shè)備因素占55%，人為因素占20%，由此可見，降低隔離開關(guān)二次回路故障率必須從新設(shè)備投運(yùn)前的施工階段，加強(qiáng)檢查驗(yàn)收，一直到設(shè)備投運(yùn)后運(yùn)維階段的定檢試驗(yàn)，都需要層層跟蹤把關(guān)，是一個長期動態(tài)的設(shè)備管理過程[9]。

圖4 隔離開關(guān)二次回路故障缺陷分析

4 隔離開關(guān)二次回路的故障處理方法

在變電站設(shè)備倒閘操作或修試過程中，出現(xiàn)隔離開關(guān)拒分合的異?，F(xiàn)象，現(xiàn)場人員需先檢查倒閘操作順序正確和隔離開關(guān)一次設(shè)備無異常后，基本可判斷隔離開關(guān)二次回路發(fā)生了故障，并需要通過二次回路進(jìn)行排查故障。目前隔離開關(guān)二次回路故障排查常用的方法有電壓回路法、電阻通斷法、綜合判斷法，以下以某110 kV 間隔杭州西門子MA6型機(jī)構(gòu)的隔離開關(guān)二次回路為例進(jìn)行分析排查[10]。

4.1 電壓回路法

電壓回路法是根據(jù)隔離開關(guān)二次回路的組成，從電源回路出發(fā)，測量控制回路和電動機(jī)回路上各點(diǎn)的電壓是否正常，判斷故障的位置和類型。電壓回路法主要使用萬用表的電壓檔位，通過測量點(diǎn)對地電壓或兩點(diǎn)電壓的數(shù)值進(jìn)行判斷，適合于各種交直流回路，具體流程如下：萬用表檢查試驗(yàn)完好，準(zhǔn)備圖紙資料，做好防止隔離開關(guān)誤操作措施；根據(jù)保護(hù)測控屏、開關(guān)端子箱、隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱位置假設(shè)劃分3個大的故障范圍，通過臨界點(diǎn)的電壓是否正常，不斷縮小故障范圍，最后查找到故障點(diǎn)；端子箱排查。

端子箱排查：①測量1ZK下端無電壓或電壓異常，判斷為空開故障；②若第1項(xiàng)正常，測量885端子排無電壓或電壓異常，判斷為電氣閉鎖回路異常，縮小排查范圍確定故障；③考慮現(xiàn)場端子箱為隔離開關(guān)操作點(diǎn)情況，若第1項(xiàng)和第2項(xiàng)正常，斷開電動機(jī)電源Q1，切換遠(yuǎn)近控把手至“近控”，插入五防鑰匙，分別按下1HA或1FA按鈕，測量X1：430或X1：432端子排無電壓或電壓異常，判斷885至X1：430或X1：432端子排回路異常，縮小排查范圍確定故障。

機(jī)構(gòu)箱排查：①在排除端子箱內(nèi)故障點(diǎn)后，考慮現(xiàn)場端子箱為隔離開關(guān)操作點(diǎn)情況，斷開電動機(jī)電源Q1，切換遠(yuǎn)近控把手至“近控”，插入五防鑰匙，分別按下1HA或1FA按鈕，觀察接觸器K1或K2的動作情況；②若接觸器K1或K2正確動作，說明隔離開關(guān)控制回路無故障，直接進(jìn)入電動機(jī)回路的故障排查；③若接觸器K1或K2不動作，則以接觸器作為分界點(diǎn)進(jìn)行故障排查，在接觸器K1或K2的A2端子測量無電壓或電壓異常，判斷X1：430或X1：432端子排至接觸器回路異常。接觸器K1或K2的A2端子測量電壓正常，判斷為接觸器故障或接觸器K1或K2的A1端子至1ZK的N極回路異常，縮小排查范圍確定故障；④電動機(jī)回路故障排查，首先測量電動機(jī)電源Q1下端無電壓或電壓異常，然后檢查電動機(jī)熱耦繼電器無異常，再次觀察接觸器K1或K2對應(yīng)觸點(diǎn)動作的情況，若其中哪部分出現(xiàn)異常，則縮小排查范圍確定故障。如果以上排查都正常，可以通過試聽電動機(jī)動作的聲音或測量電阻值判斷電動機(jī)是否故障。

4.2 電阻通斷法

電阻通斷法根據(jù)隔離開關(guān)二次回路的組成，從電源回路出發(fā)，測量控制回路和電動機(jī)回路上各點(diǎn)之間的回路是否導(dǎo)通或電阻值正常，判斷故障的元件和位置。電阻通斷法主要使用萬用表的電阻導(dǎo)通檔位，通過2個測量點(diǎn)之間導(dǎo)通發(fā)出滴滴聲音進(jìn)行判斷，是適合于各種斷開電源的二次回路，具體流程為萬用表檢查試驗(yàn)完好，準(zhǔn)備圖紙資料，做好防止隔離開關(guān)誤操作措施；根據(jù)保護(hù)測控屏、開關(guān)端子箱、隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱位置假設(shè)劃分3個大的故障范圍，通過電源端與臨界點(diǎn)之間是否導(dǎo)通，不斷縮小故障范圍，最后查找到故障點(diǎn)。

端子箱排查：①斷開控制回路的上級電源，合上1ZK，測量空開上下端不導(dǎo)通，判斷為空開故障；②若第1項(xiàng)正常，測量881與885端子排兩端不導(dǎo)通，判斷為電氣閉鎖回路異常，縮小排查范圍確定故障；③考慮現(xiàn)場端子箱為隔離開關(guān)操作點(diǎn)情況，若第1項(xiàng)和第2項(xiàng)正常，斷開電動機(jī)電源Q1，切換遠(yuǎn)近控把手至“近控”，插入五防鑰匙，分別按下1HA或1FA按鈕，測量885至X1∶430或885至X1∶432端子排不導(dǎo)通，判斷885至X1∶430或885至X1∶432端子排回路異常，縮小排查范圍確定故障。

機(jī)構(gòu)箱排查：①在排除端子箱內(nèi)故障點(diǎn)后，考慮現(xiàn)場端子箱為隔離開關(guān)操作點(diǎn)情況，斷開電動機(jī)電源Q1，切換遠(yuǎn)近控把手至“近控”，插入五防鑰匙，分別按下1HA或1FA按鈕，測量430至K1接觸器的A2端子排或432至K2接觸器的A2端子排不導(dǎo)通，判斷430至K1接觸器的A2端子排或432至K2接觸器的A2端子排回路異常，縮小排查范圍確定故障；②若第1項(xiàng)正常，測量K1或K2接觸器的電阻值，在20～150 Ω為正常值，否則為接觸器接觸不良或故障；③若第1項(xiàng)和第2項(xiàng)正常，測量K1接觸器的A1端子排或K2接觸器的A1端子排至1ZK的N極回路不導(dǎo)通，判斷K1接觸器的A1端子排或K2接觸器的A1端子排至1ZK的N極回路異常，縮小排查范圍確定故障；④若第1、2、3項(xiàng)正常，進(jìn)入電動機(jī)回路故障排查，首先電動機(jī)回路的斷開上級電源，合上Q1，測量空開上下端，判斷空開是否正常，然后檢查電動機(jī)熱耦繼電器無異常，再次測量Q1下端2、4、6端子排至電動機(jī)端子X1∶568、X1∶569、X1∶570回路是否導(dǎo)通，判斷Q1下端2、4、6端子排至電動機(jī)端子X1∶568、X1∶569、X1∶570回路是否正常，最后測量電動機(jī)的電阻值，在20～150 Ω為正常值，否則為電動機(jī)內(nèi)部故障。

4.3 綜合判斷法

綜合判斷法是先進(jìn)行隔離開關(guān)外部排查后，根據(jù)隔離開關(guān)二次回路的組成，從電源回路出發(fā)，針對控制回路和電動機(jī)回路的特點(diǎn)，交替使用電壓回路法和電阻通斷法，判斷故障的元件和位置，適合于所有的交直流回路，具體流程:①先進(jìn)行隔離開關(guān)外部排查，核查端子箱、機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部接線是否松動、脫落，各繼電器元件是否完好，測試接觸器及熱耦繼電器的動作，檢查和試驗(yàn)二次回路的空開、分合停按鈕和遠(yuǎn)近控把手；②端子箱內(nèi)控制回路的故障排查。為了提高效率，優(yōu)先采用電壓回路法，首先斷開機(jī)構(gòu)箱電動機(jī)電源空開Q1,從控制回路1ZK下端開始逐個端子排進(jìn)行測量電壓，當(dāng)發(fā)現(xiàn)哪個位置無電壓或電壓異常時，說明該位置電源無法導(dǎo)通，即可以直接判斷故障位置；③機(jī)構(gòu)箱內(nèi)控制回路可交替使用電阻通斷法和電壓回路法，通過端子箱或機(jī)構(gòu)箱內(nèi)按下1HA或1FA按鈕，觀察機(jī)構(gòu)箱內(nèi)K1或K2接觸器的動作情況，判斷機(jī)構(gòu)箱內(nèi)控制回路是否正常，若K1或K2接觸器不動作，則以接觸器為分界點(diǎn)，進(jìn)行兩部分的故障排查，若K1或K2接觸器正常動作，則說明控制回路完好，可進(jìn)入電動機(jī)回路進(jìn)行故障排查；④機(jī)構(gòu)箱內(nèi)機(jī)電回路的故障排查，為了提高效率，優(yōu)先采用為電阻通斷法，首先斷開電動機(jī)電源Q1上級電源及控制電源1ZK，然后以熱耦繼電器F1作為分界點(diǎn)，通過手動合上接觸器K1或K2，測量熱耦繼電器與空開回路及熱耦繼電器與電動機(jī)回路是否正常，最后測量電動機(jī)的電阻值，在20～150 Ω為正常值，否則為電動機(jī)內(nèi)部故障。

在隔離開關(guān)二次回路故障排查過程中，電壓回路法、電阻通斷法、綜合判斷法是最常用的故障排查方法，然而這3種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此必須根據(jù)故障的現(xiàn)象和二次回路的特點(diǎn)，在做好防止設(shè)備誤動和儀器損壞的前提下，正確選用故障排除的方法。

5 結(jié)束語

本文對隔離開關(guān)二次回路常見的故障進(jìn)行了全面分析，并針對二次回路故障的原理和特點(diǎn)，總結(jié)出3種常用的二次回路故障排查方法，并根據(jù)故障的現(xiàn)象進(jìn)行了排查和驗(yàn)證，為故障排查人員提供了必要的方向和思路。隔離開關(guān)二次回路故障是變電設(shè)備運(yùn)維工作中常見的故障之一，考慮到操作效率和二次回路故障的復(fù)雜性和隱蔽性，變電運(yùn)維人員應(yīng)深入理解隔離開關(guān)二次回路的動作原理，熟悉并掌握故障排查的方法，不斷提高對設(shè)備異常故障排查的技能水平，在做好現(xiàn)場的風(fēng)險分析和預(yù)控措施的前提下，選擇最優(yōu)的故障排查方法，縮小故障排查的范圍，就可以實(shí)現(xiàn)減少設(shè)備的停送電時間，確保電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行[11]。