某6 kV開關(guān)柜故障分析

蔡 林

(珠海深能洪灣電力有限公司，廣東 珠海 519060)

某燃氣輪機電廠配置兩套PG9171E型聯(lián)合循環(huán)機組于2005年投產(chǎn)。廠用電系統(tǒng)采用6 kV雙母線分段運行，開關(guān)柜型號為VC-V12，配置HS3110M-16/12MF-C型斷路器。由于設(shè)備運行年限長，運行環(huán)境較差，近年來開關(guān)柜故障頻率升高，降低了廠用電系統(tǒng)可靠性。筆者對故障現(xiàn)象進行分析，查找故障原因，提出解決方法。

1 故障現(xiàn)象

1.1 快切裝置切換失敗

廠用電6 kV雙母線主接線如圖1所示。

圖1 6 kV雙母線主接線示意圖

快切裝置為SID-8BT-A型，切換前廠用電6 kV母線分段運行，執(zhí)行由分段運行切換至并列運行?？烨心Ｊ綖椴⒙?lián)自動切換，即先合上備用分支聯(lián)絡(luò)斷路器，確認備用分支聯(lián)絡(luò)斷路器合上后再跳開備用分支工作斷路器。如圖1所示，裝置合上備用分支聯(lián)絡(luò)斷路器2DL正常，位置反饋正常，合環(huán)運行500 ms后發(fā)跳備用分支工作斷路器1DL令，發(fā)令356 ms后收到備用分支工作斷路器1DL跳位反饋，表明斷路器1DL實際已跳開，但反饋時間超過快切裝置分合閘檢測時間(200 ms)，裝置仍判斷分閘失敗，解耦合啟動，跳開已經(jīng)合上的備用分支聯(lián)絡(luò)斷路器2DL，快切切換失敗。此時備用分支母線的工作斷路器1DL、備用分支聯(lián)絡(luò)斷路器2DL均已分閘，造成備用分支母線失壓，負荷損失。

1.2 分閘失敗線圈燒壞

同類型6 kV斷路器正常分閘時，遠跳指令發(fā)出后斷路器實際無動作，分閘位置無反饋，現(xiàn)場開關(guān)柜冒煙伴有糊味，立即斷開操作電源，手動機械分閘，檢查發(fā)現(xiàn)斷路器分閘線圈燒壞，斷路器分閘機構(gòu)和主回路并無其它明顯異常。初步判斷分閘線圈在分閘指令導(dǎo)通時帶電，電磁鐵鐵芯在電磁力作用下并未推動脫扣機構(gòu)，致使線圈長時間帶電發(fā)熱燒壞。

2 故障分析

2.1 快切裝置切換失敗原因

因快切過程中切換失敗的斷路器跳位反饋異常，首先檢查分閘操作回路。斷路器分合閘操作回路電源為直流220 V，測量分閘回路對地絕緣電阻大于100 MΩ，測量分閘線圈直流電阻125 Ω，對比歷史數(shù)據(jù)無明顯變化，分閘線圈在更換周期內(nèi)。檢查斷路器操作回路二次插頭接觸良好，斷路器位置反饋輔助開關(guān)隨主回路動作時通斷正常，反饋回路電纜對地絕緣正常，檢查分閘指令分合均正常，分閘回路在斷路器合位時準備就緒。

對斷路器進行分合閘時間特性試驗，連續(xù)三次試驗數(shù)據(jù)如表1所示，合閘時間在合格范圍內(nèi)(30～70 ms)，分閘時間遠超出合格范圍(22～60 ms)，甚至超過快切裝置斷路器分合閘檢測時間定值(200 ms)。

表1 斷路器分合閘時間特性試驗

測試操作機構(gòu)分閘最低動作電壓為163 V(74%操作額定電壓)，規(guī)程要求最低動作電壓應(yīng)在操作額定電壓值的30%～65%[1]，當(dāng)操作額定電壓是直流220 V時范圍為66 ～143 V，實測值超出此范圍。

從上述試驗可知，分閘時間過長，最低動作電壓較大，對應(yīng)脫扣電流升高，動作電磁力增大，須要克服脫扣機構(gòu)阻力增大。分閘時間隨著分閘次數(shù)增加呈下降趨勢，說明分閘脫扣機構(gòu)靈活性在多次動作后較之前有明顯改善。由此判斷分閘脫扣機構(gòu)靈活性下降是斷路器分閘時間過長的主要原因。

2.2 分閘失敗線圈燒壞原因

由快切裝置切換失敗分析方法檢查斷路器可知，分閘脫扣機構(gòu)靈活性下降是分閘失敗線圈燒壞的誘因，直接原因是分閘線圈長時間帶電導(dǎo)致線圈發(fā)熱量劇增。如圖2所示，正常分閘操作時，遠跳信號接點閉合導(dǎo)通分閘控制回路，斷路器分閘后輔助常開觸點S1斷開分閘控制回路，分閘線圈失電。一旦斷路器無法正常分閘或者輔助常開觸點S1無法正常斷開，分閘線圈的帶電時間就等于分閘指令接點閉合時間，指令時間過長導(dǎo)致線圈長時間帶電直至線圈燒壞。

圖2 斷路器分閘控制回路

3 故障處理

3.1 斷路器分閘執(zhí)行機構(gòu)

根據(jù)故障記錄統(tǒng)計，出現(xiàn)上述故障現(xiàn)象的斷路器月平均動作次數(shù)小于2次，屬于不頻繁操作斷路器，有的甚至長達半年時間不操作；配電室環(huán)境相對惡劣，溫濕度、潔凈度等無法保持恒定。設(shè)備使用說明書明確規(guī)定周圍溫度不得高于+40 ℃、濕度不大、無過多塵埃，但現(xiàn)場環(huán)境很多時候達不到要求，這就導(dǎo)致脫扣機構(gòu)內(nèi)部傳動及摩擦部位潤滑度受環(huán)境影響，摩擦阻力增大，出現(xiàn)脫扣動作時間增大甚至拒動現(xiàn)象。

脫扣機構(gòu)機械性檢測周期為1次/3年或1次/6 000次，檢測各部位是否生銹、變形，清掃塵埃，在適當(dāng)部位加注油脂，使用二硫化鉬礦物油系潤滑膏，避免使用普通鋰基潤滑脂，因為二硫化鉬鋰基潤滑脂的機械安定性、氧化安定性、熱穩(wěn)定性、抗水性及抗磨性更加優(yōu)良[2]。對脫扣機構(gòu)傳動及摩擦部位加注潤滑油脂，并多次分合閘，讓油脂充分潤滑機構(gòu)，再次做分合閘特性試驗，分閘時間均小于40 ms，分閘時間明顯縮短。

斷路器動作次數(shù)少，現(xiàn)場環(huán)境惡劣，潤滑油脂功效會有所降低，在無法改變設(shè)備運行環(huán)境情況下，可縮短檢測周期，進行機械特性試驗和機械操作試驗，還應(yīng)對斷路器進行繼保整組試驗，試驗結(jié)果須滿足規(guī)范要求。隨著設(shè)備運行年限增加，可更換脫扣機構(gòu)，延長斷路器使用壽命，提高動作可靠性。

3.2 斷路器分閘回路

手動機械分閘斷路器能正常脫扣，說明分閘電磁鐵鐵芯與脫扣彎板接觸良好，距離適當(dāng)，安裝位置正確。設(shè)備投產(chǎn)時原裝分閘線圈直流電阻為210 Ω，分閘脫扣電流約1 A，符合設(shè)備原始設(shè)計參數(shù)。因出現(xiàn)過分閘脫扣機構(gòu)電磁力不夠?qū)е聰嗦菲骶軇?，設(shè)備廠家建議更換直流電阻為125 Ω的線圈，對應(yīng)分閘脫扣電流1.76 A。電流增大，電磁力矩相應(yīng)增加，動作可靠性提高，但單位時間內(nèi)線圈發(fā)熱量也成倍增加。

分閘時間是電磁鐵、脫扣機構(gòu)及主回路動作時長之和，要求不大于60 ms，理論上指令延時不小于60 ms就能保證可靠動作。設(shè)備說明書中分閘指令時長建議不超過1 s，由于更換較小阻值后的線圈發(fā)熱量相對增加，如果指令時長在保證可靠動作情況下適當(dāng)縮短，可以減少分閘線圈發(fā)熱量，大大降低線圈燒壞概率。

3.3 快切裝置調(diào)整

快切裝置斷路器分合閘檢測時間定值為200 ms，是在充分考慮斷路器分閘時間及輔助觸點動作時間后設(shè)定[3]。如果控制電纜過長，考慮電容電流和感應(yīng)電壓導(dǎo)致斷電電壓衰減時間變長，在無法更換電纜情況下可適當(dāng)放大定值。現(xiàn)場控制電纜長度不超過50 m，且屏蔽層接地良好，受影響可能性較小，如果放大分合閘檢測時間定值，可能導(dǎo)致工作分支和備用分支母線合環(huán)時間過長，造成設(shè)備損壞。因此，在確認斷路器分閘無異常時再考慮電纜因素，否則不能隨意調(diào)整定值。

4 結(jié)語

6 kV斷路器是廠用電源重要設(shè)備，故障后果嚴重，特別是拒動會擴大事故，線圈燒毀可引發(fā)火災(zāi)，造成無法估量的損失。隨著斷路器使用年限增加，電氣回路、機械結(jié)構(gòu)難免出現(xiàn)各種問題，反映出的異常現(xiàn)象也不盡相同，有時無法快速準確判斷故障，可通過試驗和分析找出問題所在。在設(shè)備維護中，細化定檢項目，縮短維護周期，擴大檢測范圍，適當(dāng)更換備件，以延長設(shè)備壽命。運行加強設(shè)備巡視，做好事故預(yù)想，都能提高設(shè)備可靠性。