淺析35kV高壓開關柜儲能回路設備燒毀的原因

唐瑞兵

摘要：35kV高壓開關柜是電力系統中非常重要電氣設備，運行狀態對電力系統的可靠性有著重大影響，其能否正常工作關系到電網能否安全穩定運行。高壓開關柜一旦故障，導至設備損壞，供電負荷損失，而且還有可能危脅變電站運行操作人員的人身安全。因此本文從我工作中的檢修實例，來淺析35kV拱星變電站35kV高壓開關柜儲能回路設備損壞原因。

關鍵詞：35kV高壓開關柜;彈簧機構;儲能電機;中間繼電器

隨著國家經濟的快速發展，電力行業得以快速發展起來，輸電、變電和配電電力系統為人們提供安全、高質量的電能供應。35kV拱星變電站承擔拱星工業園區供電的，該變電站是無人值守變電站，采用單母線不分段接線方式。開關柜采用四川電器開關廠生產的ZN23-35/25型真空斷路器，額定操作電壓-220V，彈簧機構采用CT19BⅠ型。35kV高壓開關柜斷路器在近5年的運行過程中，經常出現儲能控制回路設備故障，故障現象1：中間繼電器，故障現象2：儲能電機燒壞。運維檢修人員分析為是設備質量的原因，就頻繁地更換故障設備。設備的維護大，檢修周期短。這不僅威脅變電站區域電網的安全運行，更重要的是在緊急合閘送電而不能自動儲能，需手動儲能時可能威及設備操作人員的人身安全。

1事故原因調查：

35kV拱星變電站所屬四臺35kV開關柜自投運生產。在運行中頻繁出現儲能電機燒壞或儲能二次回路的中間繼電器燒壞 。該儲能二次控制回路的儲能機構是CT10A彈簧操動機構，型號HDZ-2600 5A? 、額定電壓AC220V/DC220V、 電機功率600W 、 額定電流5A ;中間繼電器型號JZ15D-44Z、 額定電壓DC220V 、4對常開4對常閉 。

對開關柜近5年的儲能二次控制回路設備故障現象統計：

通過對故障現象的次數分析，中間繼電器的故障頻率比儲能電機的故障頻率大得多。

2儲能二次控制回路設備故障原因分析：

針對高壓開關柜設備在運行中儲能二次控制回路設備故障現象，從以下兩個方面進行原因分析。

2.1儲能電機燒壞的原因

對于儲能電機燒壞的原因，查閱CT10A彈簧操動機構資料，它的儲能方式是棘輪結構，運轉時承受沖擊負荷。它可供操動ZN23-35戶內高壓真空斷路器之用。外觀檢查，機構的彈簧上掛板、掛簧拐臂、儲能軸、儲能連板、驅動棘爪、凸輪、儲能彈簧等轉動部分都有潤滑脂，無彎曲，無變形，無銹蝕現象。手動對機構儲能，機構無卡滯，儲能過程正常，符合運行技術要求，但在運行過程中出現儲能電機的碳刷或直流線圈燒壞的故障，檢查合閘電源是245V左右（電機的正常工作電壓是85%-110%額定電壓）。從機構機械方面分析，儲能電機燒壞的原因不是機構本身造成主的要原因。

2.2中間繼電器燒壞原因

對于儲能二次回路的中間繼電器燒壞原因，查閱開關柜二次控制原理圖 。彈簧的儲能過程是斷路器合閘后彈簧才儲能。彈簧未儲能時，S1行程開關的常開接點斷開，中間繼電器的線圈失電，線圈電磁鐵不動作，中間繼電器的常閉接點閉合，儲能電機電源接通，儲能電機啟動帶動彈簧儲能。同時彈簧已儲能后，行程開關的常開接點閉合，中間繼電器的線圈帶電，線圈電磁鐵動作，中間繼電器的常閉接點斷開，儲能電機電源斷開，儲能電機停止工作。從儲能電機完成一個循環來分析，儲能電機二次控制回路用中間繼電器來控制電機的啟停，利用中間繼電器的常閉接點來擴大觸點的過電流量來提高二次回路的工作的可靠性。同時中間繼電器的常開接點串聯在斷路器的控制回路，若中間繼電器故障，線圈失電常開接點斷開，則斷路器二次控制回路斷線，就不能進行斷路器合閘，這樣形成中間繼電器正常工作，彈簧儲能正常，斷路器二次控制回路正常的條件邏輯關系。

從分析控制原理接線圖和中間繼電器的技術參數，線圈額定工作電壓-220V，合閘電源是-245V左右，中間繼電器的線圈是高于線圈額定工作電壓許多長時間帶電工作，一方面是中間繼電器的線圈可能燒壞的故障幾率大，另一方面是若中間繼電器故障，線圈失電常閉接點長時間接觸，接通儲能電機回路，儲能電機電源斷不開造成儲能電機燒壞，運行安全不可靠。電機的控制回路接線原理缺陷和運行電壓高是中間繼電器的線圈燒壞主要原因，控制回路設計有缺限，不合理。

3儲能回路設備故障處理方案及措施：

通過對故障的分析，我們知道儲能回路設備故障的原因，提出二個處理技術方案。

①由于CT10A彈簧操動機構是最早期經完善該進用于35kV真空斷路器的彈簧操作機構，其機構儲能方式是棘輪結構，驅動系統為單邊鉸鏈，雖然有受力不對稱，運轉時承受沖擊負荷。但其性能符合“GB1984-89”《交流高壓斷路器》和本產品《技術條件》的要求， 若進行彈簧操動機構改造，技術難度大，工期長，停電時間長。對電網優質服務影響較大，故不采用這樣的方案。

②在對高壓開關柜二次回路原理圖進行比較，變電站直流系統都有控制母線和合閘母線。 控制母線電壓一般在220V，它用于高壓柜的控制回路、儀表、綜保等設備提供穩定的工作電源;合閘母線電壓一般在240V，用于為高壓開關合、分閘線圈提供大功率操作能量。而35kV拱星變電站高壓開關柜儲能二次控制回路的控制電源和電機啟動電源共用了直流屏合閘母線電源，而中間繼電器額定工作電壓220V，對中間繼電器線圈施長時間加過電壓會造成線圈局部短路發生熔斷，線圈斷線，會有線圈異常發熱的痕跡殘留，影響繼電器壽命。為此提出對儲能回路二次回路改造，因為儲能回路二次回路改造，技術簡單，施工難度小，利用開關年檢就能完成。

通過對開關柜儲能回路二次回路改造，儲能電機回路電源不變，取直流240V合閘電源，保證直流電機啟動的技術條件。將中間繼電器線圈控制回路與電機回路分離，中間繼電器線圈控制電源取直流220V控制電壓，使線圈在額度電壓下工作。開關柜經過多運行，儲能回路二次回路故障降低，設備運行良好，達到改造的目的，提高了設備運行的可靠性。

參考文獻：

[1]國家標準<<交流高壓真空斷路器>>GB1984

[2]李建基.高壓開關設備實用技術[M].北京：中國電力出版社，2005.

[3]吳江，劉成鵬;高壓開關柜常見故障及使用介紹[J];大眾科技;2004年09期