降低10kV電磁型電容器開關合閘故障率的分析與對策

秦玲 郭巖

摘 要：通過對沿海某地區近幾年來多起配10kV電磁型操作機構的電容器開關合閘回路故障的統計及原因分析，提出相應對策，并提出對合閘回路的改進意見，降低10kV電磁型機構電容器開關的故障率。

關鍵詞：10kV電磁型操作機構；合閘回路故障率原因；對策

引言

風力發電等綠色能源的相繼投運對電力系統的安全運行提出了更高更嚴的要求，電網電壓、無功潮流變化愈加復雜頻繁，使得電網穩定面臨嚴峻考驗。為了電網經濟的可持續運行，2006年底以來，江蘇省沿海地區電網無功優化系統多處成功投運。該系統根據電網電壓及無功潮流分布情況，自動完成本電網變壓器有載分接頭調整及電容器開關的投切，造成某縣所轄電容器開關操作頻繁，特別是電磁機構故障增多。使電網運行進一步安全可靠，減少設備損壞、保障連續供電、為企業增收節支，成為當前亟待解決的問題。

1 電磁型機構電容器開關現狀調查

1.1 基本性能

操作機構是斷路器開關的重要組成部分，工作可靠性在很大程度上依賴于操作機構動作可靠性。經過對這幾年發生的斷路器事故進行分析證明，由于操作機構故障導致斷路器的事故，占總事故的60%以上，而CD10型電磁機構電容器開關由于操作機構問題引起的故障尤為典型，現場檢修過程中并沒有發現其他機構機械部分有故障。可見操作機構對斷路器工作性能和可靠性起著多么重要的作用。

CD10系列直流電磁操動機構為戶內懸掛式，是目前一般變電所使用最普遍的一種操動機構。但此型號電磁機構電容器開關動作頻繁，常因使用不當而發生拒動，誤動。為此如何迅速準確的找出故障原因，排除故障，盡快的恢復供電是變電檢修和變電運行部門人員刻不容緩的職責。

1.2 某沿海區域CD10型電磁型操作機構的10kV開關運行情況

某沿海縣范圍內現有配CD10型電磁型操作機構的10kV開關102臺，近兩年來發現此類開關合閘回路故障頻繁，特別是此類電容器開關共22臺發生了故障，當合閘回路故障后造成開關拒合，燒壞合閘接觸器線圈和合閘線圈，損失較大。其中16次故障均為電磁型操作機構合閘回路故障引起的斷路器故障，其故障率為16/22=72%，直接經濟損失達3萬余元。由多方面數據分析得出，操作機構故障是造成電磁型電容器開關故障的主要原因。

因操作機構合閘回路燒毀時需一定時間，直流系統在此時間段內大電流放電，易造成蓄電池回路故障，若蓄電池回路開路后，直流系統電壓會大幅度波動，所有保護及測控裝置也不能正常工作，嚴重時甚至造成直流系統癱瘓，殃及整個變電所電網設備的安全運行。

2 此類型開關故障原因分析

2.1 機械故障主要原因

2.1.1 限位螺桿過高、過低

現象：電動合閘失靈。

原因：限位螺桿過高或過低，當合閘受力后，導致二連桿向上（向下）彎曲，使得合閘鐵芯作虛功。

當連桿正好在水平位置上，使合閘過于靈敏，在合閘過程之中，鐵芯頂桿頂住滾輪升到終止位置，滾輪自動跳下，使合閘失敗，因此，限位螺桿的高低是合閘成功與否的關鍵。

處理方法：檢查調正限位螺桿，使連桿基本成一直線略小于180度。

2.1.2 合閘鐵心卡澀

現象：合閘鐵心在合閘過程中，上下不能自由串動、合閘后鐵心落不下來。

原因：合閘線圈內套筒安裝不當或者變形，緊力不一致，造成鐵心不垂直，產生磨擦阻力大，不能自由串動，在電動力作用下迫使鐵心上升，一般被卡住落不下來。

處理方法：重新安裝使套筒緊力一致均勻。然后用加力桿手動進行合閘，分閘直至動作靈活為止。

2.2 電氣方面主要原因

2.2.1 合閘回路不通

現象：合閘回路綠燈不亮，回路不通。

原因：油斷路器輔助觸點（常閉）不閉合，操作保險熔斷，合閘回路斷線，防跳回路常閉接點操作接觸不良，合閘操作把手接點接觸不良等。

處理方法：首先檢查操作保險熔絲是否已經熔斷，再手動緩慢合閘，觀察油斷路器輔助開關常閉觸點動作是否正確，否則應該調整與之連接的螺桿。這個部位是最薄弱的環節和經常出現問題的地方，先用萬用表檢查回路各元件，查出其故障點。

2.2.2 蓄電池容量不足，直流電壓過低

現象：發出合閘命令后雖機構動作，但不能合閘。

原因：如果直流電源電壓低于170V即不足合閘線圈額定電壓的80%。

如果交流側一相保險熔絲熔斷或硅元件一相擊穿，則輸出直流電壓為170V。如交流側兩相保險熔絲熔斷，則輸出直流電壓為零；除此之外可能是電源電壓過低。

處理方法：檢查三相橋式整流器交流電源側保險熔絲是否熔斷，另檢查硅元件是否擊穿。應更換保險熔絲和硅元件，調高直流電源以滿足合閘線圈使用電壓。

2.2.3 合閘線圈燒壞

現象：合閘接觸器卡死，致使觸點沾連。

原因：合閘操作后接觸器銜鐵由于銹蝕等原因不返回，其觸點長時間閉合或因接觸器的滅弧罩多次合閘，分閘受振動而脫落，電弧不能迅速熄滅，將觸點熔化而沾連，使合閘線圈長時間帶電而燒壞。油斷路器輔助開關常閉觸點無法斷開，此時，如果采用重合閘則合閘線圈長期自保持、不能返回，很快將線圈燒壞，由于操作頻繁，溫度過高，甚至燒毀。

處理方法：消除合閘接觸器缺陷，修復觸點、滅弧罩。手動合閘調整輔助開關，使其恢復正常。盡量減少操作次數，當合閘線圈溫度超過65℃時，應停止操作，待線圈溫度低到65℃以下時再進行操作。

2.3 人為環境方面原因

電網無功優化系統正式運行，某縣三個風力發電廠先后投運，電網電壓、無功潮流變化變得更加復雜頻繁，無功優化系統對各變電所電容器開關操作頻繁，造成電容器開關故障較多，特別是電磁型操作的電容器開關故障頻發。

現在大多數變電所均為無人值班變電所，發生合閘回路故障后，當運行人員到現場時開關合閘回路已經燒毀。由于大部分情況下合閘回路發生故障后，開關動作是瞬時和可恢復的，當重新合閘時能正確合閘就可避免燒損設備。

針對上述分析擬采取一些人為防范措施：（1）運行人員每次巡視時緊合閘熔絲具或更換不易松動的熔絲具。（2）縮短電容器開關的檢修周期。（3）將此類開關更換為可靠性高的彈操機構開關。

3 降低此類型電容器開關故障的解決對策

3.1 加強人員教育，更新設備類型

一方面，加強對變電人員的培訓及電容器開關的巡視，及時斷開故障開關操作電源。另一方面，針對年久變電站實施綜自改造，舊開關更換為可靠性高的彈簧操動機構開關。如果條件不允許，或者年限未到，針對此類型故障頻繁的變電站實施直流系統升級，提供穩定的直流保障。

3.2 加裝開關合閘保護電路

同時，對于電磁型操作機構的電容器開關，在合閘回路中增加合閘回路保護時間繼電器SJ1，通過在合閘回路中增加合閘回路保護時間繼電器，以達到斷開合閘回路的目的。

當合閘命令發出一定時間后如果開關沒有合閘，這時通過合閘回路保護繼電器瞬時斷開合閘回路將合閘保持繼電器復位，從而達到保護合閘回路元件和直流系統的作用。

參考文獻

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