500kV GIS接地開關、隔離開關操作機構延時動作故障分析

高利民

0 引言

接地開關、隔離開關是550kV GIS的重要組成部分，接地開關用于在安裝維護期間把GIS的各個對地絕緣部分接地，以便保護人身安全。隔離開關可以隔離電路，同接地一起實現對高壓輸電線路和電氣設備的控制、保護和檢修。

在實際GIS運行過程中，接地開關、隔離開關最常見的故障為操作機構拒動問題，而在三門核電現場出現了操作機構延時動作故障，本文對三門核電接地開關、隔離開關操作機構延時動作問題進行故障分析，并進行故障處理及改進優化。

1 5 5 0 k V G IS接地開關、隔離開關操作原理介紹

圖1控制原理圖

三門核電500kV GIS接地開關、隔離開關采用三相獨立的DH型電動操作機構，控制原理圖見圖1，合分閘信號，同時作用在ABC三相單獨的合閘繼電器ZJ1A/B/C或分閘繼電器ZJ2A/B/C。三相合閘或分閘繼電器動作后，繼電器本身一副輔助觸點（13-14）會形成自鎖，保持繼電器供電，繼電器另有輔助觸點（1-2、3-4、5-6）會接通電機控制回路，使得ABC三相電動操作機構電機動作。而接地開關、隔離開關合閘或分閘到位后，會帶動輔助開關S0動作，切斷合閘或分閘繼電器回路，從而切斷電機控制回路。

2 故障現象描述

三門核電500kV GIS在執行設備停復役及維護過程中，發生了多次操作機構三相不一致，某一相或兩相機構延時動作的情況，最長延時時間達到4分鐘。出現延時動作的設備，在第二次重復操作時，設備又能正常動作，故障不會復現。

3 故障原因分析及處理

由圖1分析可知，同一合閘/分閘信號（脈沖信號）觸發三相機構動作，并且有一相或兩相已經能正常動作，所以說明合閘/分閘信號及供電電源正常。故障相延時一定時間后正常動作，說明合閘繼電器ZJ1A/B/C或分閘繼電器ZJ2A/B/C已經正確動作，并且完成自鎖供電，所以故障的原因在電機回路。電機回路主要元氣件有：合分閘繼電器輔助觸點、電動解鎖線圈Y1及微動開關S7、電機電樞繞組DS、電機激磁繞組JC、電容。由于電機能正常操作，所以故障可能原因為主要為：合分閘繼電器輔助觸點、電動解鎖線圈Y1及微動開關S7。

3.1 電動解鎖線圈Y1故障分析及排查

3.1.1 故障分析

電動解鎖線圈Y1得電吸合后才能帶動S7動作，如果Y1未正確動作，會造成電機電樞繞組DS無法得電，電機無法動作。電磁鐵裝配是由鐵芯、壓板及黃銅柱為連接在一起的整體結構，彎板上開有圓孔，黃銅柱可在圓孔軸向方向來回移動。如果黃銅柱與彎板上的圓孔存在卡滯現象，將導致電磁鐵線圈受電后，鐵芯不能正常吸合或延時吸合，造成電機無法得電或延時得電。對于該問題，由于是裝配問題，所以故障會一直存在，不會出現故障不可復現的情況。

3.1.2 故障排查

對于所有有延時動作的機構進行開關檢查，發現電磁鐵整體裝配良好，不存在黃銅柱與圓孔偏心卡澀的問題，并且送電觀察，電動解鎖線圈Y1動作良好，可以排除該故障原因。

3.2 微動開關S7故障分析及排查

3.2.1 故障分析

微動開關S7控制電機電樞繞組DS是否能得電，如果微動開關安裝偏位，線圈受電鐵芯吸合后，導致微動開關不能可靠導通。并且可能還存在壓板雖然可以壓到微動開關按鈕，但由于微動開關或電磁鐵安裝位置偏移等因素，造成微動開關不能可靠導通，存在虛接，處于導通和未導通切換狀態。由于位置偏差微小，當操作機構再次操作時，可能又恢復正常，所以出現故障不可復現的情況。由于現場出現多臺不同機構出現相同的延時動作問題，并且故障不能不能復現，所以同時出現安裝偏移故障概率比較低。

3.2.2 故障排查

對于所有有延時動作的機構進行開關檢查，發現微動開關裝配正確，不存在偏位的情況。通電以后微動開工都能正常動作。

3.3 合分閘繼電器輔助觸點問題分析及排查

3.3.1 故障分析

合分閘繼電器輔助觸點，控制著電機回路的通斷及電機的正反轉。如果輔助開關接觸電阻過大，會對回路中的電動解鎖線圈Y1形成分壓作用，而Y1動作電壓約為20V，如果電壓過低，Y1拒動或延時動作，會造成電機電樞繞組DS無法得電，電機無法運轉。

輔助開關接觸電阻由觸點接觸面上的收縮電阻和表面膜電阻組成。收縮電阻與觸點材料、接觸形式、接觸壓力、表面狀況等因素有關。在一定范圍內觸點在電流的作用下發熱，觸點表面溫度升高，觸點材料軟化，在觸點接觸壓力的作用下，觸點變形使實際接觸面積增大可引起接觸電阻下降。

表面膜電阻主要是由雜質、氧化膜或其他化合物的表面膜構成的電阻。觸點的污染，會在觸點之間出現雜質或生成膜，使接觸電阻大大升高，甚至造成觸點不通。觸點污染主要有以下幾種：

（1）塵埃：主要指各種固體的微粒。由于塵埃與觸點之間是借助靜電吸力而粘附在一起，所以容易脫落使接觸恢復，因此接觸電阻的變化具有斷續性。

（2）吸附膜：氣體分子或水分子在觸點表面的吸附層。在低溫條件下，因繼電器觸點周圍的潮氣存在，潮氣會凝結成霜的形式吸附在觸點表面上，使得接觸電阻變大。隨著觸頭壓力的增大，該吸附膜的厚度可以減少到幾個分子層。

（3）碳的附著層：在工作中觸點經常的摩擦，并有電弧或火花作業，使附件的含碳物質的微粒分解，沉積在觸點表面，形成碳的附著層，該附著層電阻隨壓力大小而改變。

（4）無機膜：觸點金屬在自然環境下，表面生產各種化合膜。在觸點之間加一定電壓時，無機膜可能被擊穿。

（5）有機膜：從絕緣材料中排出的有機蒸汽在金屬表面形成的粉末狀聚合物。有機膜也能在電壓下發生擊穿反應，但擊穿電壓較高。

綜上所述，繼電器觸點接觸電阻偏高，但在回路帶電的情況下，電流的熱效應可能引起觸頭形變，增加接觸壓力，增加接觸面積，從而減小收縮電阻以及吸附膜及碳的附著層引起的膜電阻。而電壓的擊穿效應，減少無機膜和有機膜形成的膜電阻。所以可能存在通電一定時間后，接觸電阻變小，電壓的分壓作用變小。電動解鎖線圈Y1上的電壓達到動作電壓后，Y1帶動S7動作，電機回路接通動作。結合故障實際，繼電器接觸電阻偏高引起機構延時動作故障概率比較大。

3.3.2 故障排查

在檢修期間，對所有停電間隔內的幾十個隔離開關、接地開關分合閘繼電器進行檢查，檢查發現，繼電器觸點接觸電阻普遍偏高，數值由幾十歐姆到幾千歐姆。所以繼電器觸點接觸電阻高是隔離開關、接地開關延時動作的根本原因。

3.3.3 故障處理

由于三門核電位于浙江沿海地區，常年濕度較大，潮濕的環境容易使觸點產生表面膜，造成接觸電阻過大。而匯控柜內溫濕度控制器設定為：溫度：5℃-15℃，濕度：75%-85%RH。

所以為了改善繼電器運行環境，將溫濕度控制器設定為溫度：10℃-20℃，濕度：45%-55%RH。修改溫濕度定值后，觀察現場出現動作延時的機構明顯減少，在后續停復役過程中，只有零星幾個機構存在延時問題。在后續維護過程中，測量繼電器接觸電阻，對于仍然存在問題的繼電器進行更換處理。

4 運行維護建議

針對三門核電現場出現的隔離開關、接地開關操作機構延時動作的分析處理，對后續設備的設計、調試、維護有如下建議：

第一，在設計階段，需要充分考慮設備實際安裝現場的環境，結合現場實際考慮通風、除濕等設計，及各控制柜溫濕度定值設置。

第二，設備調試時，繼電器需要測量繼電器通電狀態下輔助開關的接觸電阻。

第三，在設備維護時，需要測量輔助開關的接觸電阻，對于明顯超出初始數據的繼電器進行更換或維修。

5 結束語

對于隔離開關、接地開關，控制回路元器件故障，一般都會引起機構拒動故障。但是對于一些特殊觸點，如果接觸電阻偏大一定范圍，在回路電壓和電流作用下，一定時間內回路仍然可能導通，導致機構延時動作的情況。