淺析本地10k V以上高壓斷路器控制回路異常成因及防治策略

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一、概述

斷路器能夠切除故障線路,防止事故進一步擴大,是變電站重要的一次設備,其控制回路完整是保證斷路器能夠可靠執行跳、合閘操作命令的重要條件[1]。當保護裝置和后臺發出“控制回路斷線”的告警信號時,表明斷路器控制回路不完好,斷路器可能無法進行正常的分、合閘操作和保護跳閘操作,如果此時有故障發生,會出現斷路器拒動保護越級跳閘,引發大面積停電,甚至會造成電力系統癱瘓等事故的發生[2],需要盡快處理該缺陷。

二、設備情況

2020年共發生斷路器控制回路斷線故障69起,占全年設備0缺陷處理的6.9%,下面進行針對性分析。

(一)按照變電站電壓等級分。共有47座變電站出現過斷路器控制回路斷線故障情況。其中220k V變電站發生8起,110k V變電站發生28起,35k V變電站發生33起共有13座變電站出現2起及以上的斷路器控制回路斷線故障問題,其中220k V QC、YH共2座變電站,110k VYJH、XH、QJL、YS共4座變電站,35k VBM、TZ、MER、TL、ZL、SZ、GY共7座變電站。

(二)按照設備電壓等級分。出現控制回路斷線故障的斷路器中220k V設備2起,110k V設備13起,35k V設備17起,10k V設備37起。110k V及以上斷路器控制回路斷線故障占比為21.7%。

(三)按設備間隔分。共有3個間隔出現過2起以上斷路器控制回路斷線故障問題,其中220k V間隔為1個,10k V間隔共2個,分別為220k VQC站220k VZC一回春221開關第二組控制回路斷線,35k VSZ站10k VS15開關間隔和35k VZL站10k VZ14開關間隔發控制回路斷線。

(四)按缺陷原因分。斷路器控制回路斷線問題的69起故障中,元件故障原因48起,占比69.6%;二次回路故障原因9起,占比13.0%;機構調整故障6起,占比8.7%;插件故障原因2起,占比2.9%;SF6故障原因1起,占比1.4%;其它原因3起,占比4.3%。具體分布如圖1。

圖1 控制回路斷線故障原因分布

而在占比最高的元件故障中,斷路器分合閘線圈燒損占主要部分,其次為儲能電機或儲能、控制空開故障,微動開關損壞。

三、斷路器控制回路斷線的理論分析

完整的斷路器控制回路由保護裝置和斷路器的分合閘回路組成,無論是遠方、就地分合閘,還是保護分合閘都是先作用于保護裝置,然后再通過斷路器分合閘回路實現斷路器的分合。只有當TWJ和HWJ兩個常閉接點都閉合,才會發出控制回路斷線的告警信號。當斷路器處于分位時,斷路器合閘回路的輔助接點是常閉的,能夠導通機構箱的合閘回路,此時斷路器跳位監視回路導通,TWJ繼電器被勵磁,TWJ常閉接點打開,TWJ常開接點閉合。而跳閘回路的斷路器輔助接點常開,機構箱跳閘回路被斷開,合位監視回路沒有被導通,HWJ繼電器沒有被勵磁,HWJ常閉接點閉合,HWJ常開接點打開[1]。斷路器處于合位也同理。因此,當控制回路正常時,無論是分位還是合位,HWJ和TWJ這兩個繼電器不可能被同時勵磁,也就是說HWJ和TWJ這兩個常閉接點總有一個是斷開的[1]。HWJ常閉接點和TWJ常閉接點串聯構成控制回路斷線的監視回路。只有當HWJ繼電器和TWJ繼電器同時失磁,兩個常閉接點接通,才會發出控制回路斷線信號[1]。

四、存在的問題

1.故障主要集中于35k V及以下電壓等級設備。其中35k V設備故障占比為24.6%,10k V設備故障占比為53.6%。中低壓設備斷路器動作次數較多,質量參差不齊。

2.斷路器分合閘線圈燒損頻發導致控制回路故障。在69起故障缺陷中,線圈燒損原因占比55%,達到一半以上。而線圈燒損原因復雜,機構卡澀、線圈線卡接線松動、線圈老化絕緣降低等都會導致線圈燒損。

3.二次回路故障中斷路器的輔助接點損壞或者切換不到位與二次回路接線松動占比較多。由于斷路器分合閘回路都接入斷路器輔助接點,例如手車型的斷路器的手車斷路器底盤輔助接點接觸不良;儲能電源開關沒給(合閘回路串有斷路器儲能接點)。常開、常閉接點損壞或者切換不到位,會導致回路開路,TWJ和HWJ失磁。

4.機構調整原因占有一定比例。例如機構中分合閘摯子行程過大、合閘閉鎖電磁鐵長時間閉鎖有卡澀等原因。反映相關廠家需提升設備質量,提高設備運行可靠性。

5.測控裝置插件故障與SF6低氣壓閉鎖故障問題顯現。測控裝置插件長期運行,遙控接點粘連偶發。斷路器SF6氣壓低閉鎖影響控制回路完整性。

五、可采取的措施及建議

1.配合檢修專業人員,對斷路器機構進行缺陷分析。針對元件損壞、機構調整等斷路器機構故障原因進行追溯,尤其是線圈頻繁燒損更換故障,應找到故障真實原因,逐步完善數據統計,形成指導性意見,在變電站檢修工作中針對性檢查。及時更新設備廠家及試驗儀器廠家測試方法,對于斷路器內部活動件的安裝水平有一套適用的數據支撐。

2.加強與測控廠家溝通。分析裝置插件故障原因,對有家族性缺陷的裝置結合檢修盡快安排處理。加強備用插件管理,以便及時更換。

3.結合檢修工作,對控制二次回路進行核查。嚴格落實標準化作業,進行開關分合閘試驗,檢查斷路器輔助接點、緊固二次回路接線,對銹蝕、松動的端子排及時更換,減少二次線松動故障原因。

4.強化SF6型斷路器運行管理。加強運維人員對SF6型斷路器氣壓、密度表巡視。配合油化專業人員對斷路器SF6氣壓告警閉鎖回路進行檢查,保障控制回路完整性。