中間繼電器頻繁燒壞故障分析及處理

趙桂娟

(晉城煤業(yè)集團供電分公司，山西 晉城 048006)

中間繼電器頻繁燒壞故障分析及處理

趙桂娟

(晉城煤業(yè)集團供電分公司，山西 晉城 048006)

本文通過對某站中間繼電器頻繁燒毀現(xiàn)象進(jìn)行分析、研究，查找出了問題原因，提出了改進(jìn)措施，避免了中間繼電器燒毀事故。

中間繼電器；頻繁燒壞；故障；措施

1 引言

在工業(yè)生產(chǎn)及各種控制系統(tǒng)中，中間繼電器作為主要的電氣執(zhí)行元件，它的觸點對數(shù)多，容量較大，通常在電路中起到擴大觸點數(shù)量和容量的中間放大和轉(zhuǎn)換的重要作用。某站電壓無功綜合自動補償裝置自2007年6月投運以來中間繼電器一直存在燒壞的現(xiàn)象。

2 故障情況

某站電容器室的兩套電壓無功綜合自動補償裝置為濟南魯電新科有限有限公司2006年5月生產(chǎn)的產(chǎn)品，型號為TVQC-6/2000-4N，額定電壓為6kV，補償容量為2000kVAR，額定頻率50Hz，額定電流175A。

電壓無功綜合自動補償裝置自2007年6月投運以來中間繼電器一直存在燒壞的現(xiàn)象。中間繼電器燒壞后，電容器將拒投，自2007年投運后至今繼電器共拒動66次，統(tǒng)計如表1所示。最近兩次燒壞的中間繼電器如圖1～3所示。

表1 電容器拒動次數(shù)統(tǒng)計

圖1 燒壞的繼電器座

圖2 燒壞的繼電器觸點

圖3 燒壞的繼電器座

TVQC2型高壓無功補償裝置二次接線圖如圖4所示。

圖4 TVQC2型高壓無功補償裝置二次接線圖

2.1 投切電容器

(1)就地操作：轉(zhuǎn)換開關(guān)1SA打在就地位置，其觸點1-2導(dǎo)通、3-4斷開。

投入電容器時，按下投入電容按鈕1HA時，其觸點23-24接通，中間繼電器1kA′線圈得電，1kA′的常開觸點5-9、6-10、11-7、8-12閉合。當(dāng)手松開投入電容按鈕后，1HA自動復(fù)位時，1kA′的吸合線圈，通過其自鎖觸點5-9繼續(xù)供電。由于1kA的常開觸點6-10、11-7、8-12閉合，接觸器線圈得電，其主觸點吸合，電容器組被投入運行。

切除電容器時，按下切除電容器按鈕1TA，這時中間繼電器1kA′線圈斷電，其觸點5-9、6-10、11-7、8-12均恢復(fù)到斷開狀態(tài)。接觸器線圈失電，其主觸點恢復(fù)到斷開狀態(tài)，電容器被切除。

(2)遠(yuǎn)方操作：轉(zhuǎn)換開關(guān)1SA打在遠(yuǎn)方位置，其觸點1-2斷開、3-4導(dǎo)通。切除電容器按鈕1TA，器觸點11-12被短封，不能手動切除電容器。

滿足投電容器組的條件時，VQC100內(nèi)部觸點301-302閉合，中間繼電器1kA′線圈得電，從而投入電容器。

當(dāng)不滿足投電容器組的條件時，VQC100內(nèi)部觸點301-304斷開，中間繼電器1kA′線圈斷電，從而切除電容器。

2.2 閉鎖電容器

當(dāng)PT開口采到零序電壓后，電容器組綜合保護裝置SKCP內(nèi)部繼電器線圈1PC得電，其輔助常開接點105-106閉合，則閉鎖繼電器1KA線圈得電，1kA的常開觸點5-9、10-6、8-12閉合，1kA的常閉觸點3-11斷開，告警指示燈亮，電容器被閉鎖，不能進(jìn)行投切操作。

3 故障分析

3.1 對電容器動作頻次的分析

電壓無功綜合自動補償裝置自2007年6月投運至2014年6月，動作次數(shù)統(tǒng)計如表2所示。分析表1數(shù)據(jù)，可以看出I#電容器組C608各組日平均動作不足1次，II #電容器組C634各組日平均動作1～2次。由此可以排除直流繼電器因頻繁動作而燒壞。

表2 電容器動作次數(shù)統(tǒng)計

3.2 對所使用繼電器質(zhì)量的分析

站內(nèi)先后根據(jù)廠家設(shè)計人員的建議，將直流繼電器由出廠時的3A更換為5A，但更換后直流繼電器燒壞的情況，并沒有得以解決。2011年廠家最終建議將直流繼電器更換為10A。更換為10A后，燒壞的頻次大大減少，但還是存在燒壞的現(xiàn)象，2013年燒壞1個，2014年燒壞2個。

近期與廠家聯(lián)系，廠家建議更換質(zhì)量較好的歐姆龍直流繼電器。

鑒于考慮站內(nèi)每次更換的繼電器與廠家使用的繼電器，進(jìn)貨渠道不同，繼電器的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。由此我們分析繼電器質(zhì)量不高可能是造成其燒壞的原因之一。

3.3 電路存在設(shè)計缺陷

眾所周知，直流可以分解成直流分量和交流分量兩部分。直流分量會在線圈中產(chǎn)生熱量，而交流分量不僅會使線圈發(fā)熱而且會在鐵芯中形成渦流引起鐵芯發(fā)熱。據(jù)有關(guān)資料介紹繼電器的發(fā)熱不僅與交流分量大小有關(guān)，還與電路中諧波有關(guān)，因此直流繼電器發(fā)熱是直流分量和交流分量共同作用的結(jié)果。

因為在繼電器端電壓降低的情況下，直流分量引起的線圈發(fā)熱會減少；若紋波加大則其中的交流分量增大，高次諧波增加，其引起線圈和鐵芯發(fā)熱增大。如果交流分量增加較多，由此增大的發(fā)熱量超過電壓降低直流分量所減少的發(fā)熱量，則繼電器溫度會上升。

通過對現(xiàn)場燒壞的繼電器進(jìn)行研究。我們發(fā)現(xiàn)，燒壞的3A、5A繼電器，有的線圈燒焦、有的觸點燒壞，也有的既線圈燒焦、又觸點燒壞。燒壞的10A繼電器，觸電存在燒壞，線圈雖然沒有燒壞，但是由于發(fā)熱，線圈也由最初的白色變成黃色。廠家最初設(shè)計的電路如圖5所示，可以看出沒有考慮直流分量和交流分量。由此我們懷疑該電路存在設(shè)計缺陷是造成繼電器燒壞的原因之一。

圖5 廠家最初設(shè)計的電路

3.4 電容器室溫度較高

按照《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范》(GB50227-1995)規(guī)定：高壓電容器室的夏季排風(fēng)溫度，不宜超過40℃。高壓并聯(lián)電容器裝置室，宜采用自然通風(fēng)。當(dāng)自然通風(fēng)不能滿足要求時，可采用自然進(jìn)風(fēng)和機械排風(fēng)。我們對電容器熱負(fù)荷評估如下：

電容器室安裝TVQC-6/2000-4N型并聯(lián)補償成套裝置，每塊屏裝有BFM6.6/√3-167-1W型電容器12只，串聯(lián)電抗器CKSC-25/6-5。

(1)電容器產(chǎn)生的熱量

電容器補償總?cè)萘縌C=2000kVar，電容器介質(zhì)損耗角tgσ=0.004，則電容器有功損耗：

P=Qc×tgσ=2000×0.004=8kW，電容器散熱量為：Q1=860×P=860×8=6880kcal/h。

(2)串聯(lián)電抗器產(chǎn)生的熱量

串聯(lián)電抗器容量為QL=25kVar，損耗值為0.03，則電抗器功率損耗：P=25×0.03=0.75kW，電抗器發(fā)熱量為：Q2=0.09×0.09×0.75×0.75=0.056kcal/h。

(3)屋頂太陽輻射熱

站內(nèi)電容器室屋頂為SBS油氈屋面，其屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)K=0.669kcal/m·h·℃，太陽輻射強度J=105kcal/m2·h，屋面吸收系數(shù)ρ=0.85。

屋面表面積F=5.37×6=32.22m2；則太陽輻射熱：Q3=0.047FKρJ=0.047×32.22×0.669×0.85×105=90.418kcal/h。

可見，熱量主要是電容器產(chǎn)生的，而太陽輻射熱及電抗器產(chǎn)生的熱量占電容器發(fā)熱量的很小部分。

Q+Q1+Q2+Q3=6880+0.056+90.418=6970.47kcal/h

(5)電容器室自然通風(fēng)量評估

空氣比熱C=0.24kcal/kg·℃，進(jìn)、排風(fēng)平均容量rip=1.131kg/m3，進(jìn)風(fēng)溫度ti=33℃，排風(fēng)溫度tp=40℃，則電容器室自然通風(fēng)量：

站內(nèi)日常測溫，電容器室室內(nèi)最高溫度達(dá)30℃以上，中間繼電器最高溫度達(dá)60℃以上。通過熱負(fù)荷評估可知，電容器室熱負(fù)荷每小時可達(dá)6970.47kcal，自然通風(fēng)量每小時達(dá)到3668.15m3，采可以滿足要求。但站內(nèi)電容器室實際通風(fēng)情況，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到要求。由此，我們分析電容器室室內(nèi)溫升與通風(fēng)不匹配，溫度太高是引起直流繼電器的溫度高的一個原因。也是引起直流繼電器燒壞的一個間接原因。

4 改進(jìn)措施

4.1 更換質(zhì)量好的繼電器

與廠家聯(lián)系，確定進(jìn)貨渠道，更換質(zhì)量較好的歐姆龍直流繼電器。

4.2 對電路進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)

地下水開發(fā)利用程度差異較大，在地下水開發(fā)利用程度較低地段，可開展節(jié)水增糧行動項目，一方面采用高效灌溉，解決寶清縣春旱對農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響，另一方面合理利用地下水資源。

建議采用阻容濾波電路，用電阻降低線圈上的電壓，達(dá)到抑制直流分量的目的，用并列電容器濾去非直流分量。改進(jìn)后的電路，如圖6所示。

圖6 改進(jìn)后的電路

現(xiàn)場使用卡流表對線圈回路進(jìn)行測量，測得回路中最大電流為500mA，由于直流繼電器由于通以直流時不會產(chǎn)生電抗，因此其線圈可以近似看成一個電阻，從而可以畫出繼電器供電電路圖，如圖7所示。

圖7 繼電器供電電路圖

現(xiàn)場電路中使用的是交直流通用繼電器，型號OMRON-LY4NJ，線圈：10A-240VAC，10A-28VDC，觸點：10A-240VAC，10A-28VDC。站內(nèi)控母電壓為224VDC。

(1)串聯(lián)電阻的選型：UR=U1-UL=224-28=196V；

最終選392Ω精度為1%的金屬膜電阻。

(2)并聯(lián)電容的選型：

電容的耐壓為(1.5～2)×28=42～56V；

最終確定選1000μF/100V的瓷介電容。

(3)改進(jìn)效果預(yù)估

4.3 電容器室降溫

在考慮防小動物措施的前提下，將電容器室及消弧線圈室常閉門，加裝網(wǎng)門，以便自然通風(fēng)。

5 結(jié)論

在諸多電氣故障現(xiàn)象中，有不少是繼電器本身的故障而引起的，而其他方面引起的電氣故障，有時也會表現(xiàn)為中間繼電器的故障現(xiàn)象。為了調(diào)查原因，我們從調(diào)查造成故障的可能性出發(fā)，全面的分析了中間繼電器頻繁燒毀的原因，并提出了改進(jìn)措施。

[1] 農(nóng)穗豐.中間繼電器燒毀原因分析[J].機電工程技術(shù)，2007,36(9):102-104.

[2] 葉道仁.電容器室室的實用通風(fēng)計算[J].建筑電氣，1992,4：149-153.

[3] 崔明光.直流繼電器燒壞的故障分析與分析[J].電世界，2002,9：32.

[4] 覃文英.保護出口繼電器觸點粘住的故障分析[J].廣西電業(yè)，2005,10(67)：101-102.

Analysis and Treatment of Burn-out Fault of Auxiliary Relays

ZHAOGui-juan

(Power Supply Branch Company,Jincheng Coal Industry Group,Jincheng 048006,China)

The paper analyzes auxiliary relay burn-out pheromenon,finds out reason,puts forward improved measrues,avoiding the auxiliany relay burn-out accident.

auxiliary relay;frequent burn-out;fault;measure

1004-289X(2016)05-0105-04

TM58

B

2015-07-06

趙桂娟(1980-)，女，河北河間人，工學(xué)學(xué)士，工程師，從事變電運行管理工作。