兩起220 kV斷路器無法合閘事故分析及整改措施

高若蘭

(國(guó)網(wǎng)龍巖供電公司,福建 龍巖 364099)

0 引言

在變電站檢修工作中,經(jīng)常遇到斷路器拒分、拒合的情況,使斷路器分閘、合閘操作無法進(jìn)行,特別是當(dāng)線路故障繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí),斷路器跳閘失敗,將增大電網(wǎng)停電面積,嚴(yán)重危害電網(wǎng)運(yùn)行安全。本文針對(duì)兩起B(yǎng)LG1002A型的斷路器無法合閘的事故,分析原因并提出防范措施。

1 事故過程

某220 kV變電站進(jìn)行保護(hù)改造工作。在傳動(dòng)過程中發(fā)現(xiàn):①1號(hào)主變壓器220 kV側(cè)22A斷路器無法合閘,現(xiàn)場(chǎng)檢查22A斷路器分閘且已儲(chǔ)能,閉鎖桿下落與閉鎖盤形成機(jī)械閉鎖;②220 kVⅠ/Ⅲ段母分220斷路器存在分閘-合閘無延時(shí)操作(操作間隔小于300 ms),不能合閘,現(xiàn)場(chǎng)檢查故障狀態(tài)與22A斷路器一致。綜合判斷兩起事故原因均為斷路器機(jī)構(gòu)主軸打扭造成。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查及處理

2臺(tái)斷路器均為同批次同型號(hào)產(chǎn)品,生產(chǎn)廠家為北京ABB高壓開關(guān)設(shè)備有限公司,型號(hào)為HPL245B1,機(jī)構(gòu)型號(hào)為BLG1002A,出廠日期為2005年10月。

該斷路器特點(diǎn):機(jī)構(gòu)箱內(nèi)有1組合閘彈簧,在每相斷路器下方單獨(dú)設(shè)置1個(gè)分閘彈簧(共3個(gè)分閘彈簧),當(dāng)斷路器在儲(chǔ)能后完成合閘操作時(shí),合閘彈簧釋能,合上斷路器,一部分能量用于3個(gè)分閘彈簧儲(chǔ)能［1-3］。

斷路器特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)要求:合閘速度為5.1～5.8 m/s,合閘時(shí)間不大于65 ms,分閘速度為7.0～8.2 m/s,分閘時(shí)間為18～22 ms,合閘、分閘時(shí)間不大于50 ms。

2.1 1號(hào)主變壓器220 kV側(cè)22A斷路器

現(xiàn)場(chǎng)檢查斷路器分閘且已儲(chǔ)能,閉鎖桿與閉鎖盤現(xiàn)場(chǎng)位置如圖1所示,閉鎖盤與閉鎖桿之間呈一定角度位移,斷路器機(jī)構(gòu)不能執(zhí)行合閘操作。正常情況下斷路器分閘且已儲(chǔ)能時(shí),閉鎖桿應(yīng)抬起一定角度,與閉鎖盤不構(gòu)成機(jī)械閉鎖,斷路器機(jī)構(gòu)能執(zhí)行合閘操作,如圖2所示。

圖1 閉鎖盤與閉鎖桿現(xiàn)場(chǎng)位置

圖2 斷路器正常狀態(tài)

斷路器機(jī)構(gòu)正常閉鎖狀態(tài)如圖3所示,機(jī)構(gòu)打扭主軸如圖4所示。更換新主軸后,斷路器分閘且未儲(chǔ)能時(shí)進(jìn)行機(jī)械特性測(cè)試,斷開斷路器儲(chǔ)能電源,使用機(jī)械特性儀進(jìn)行合閘操作,發(fā)現(xiàn)22A斷路器機(jī)構(gòu)主軸旋轉(zhuǎn)不足1圈,如圖5所示,特性儀數(shù)據(jù)如圖6所示,斷路器觸頭已接觸,經(jīng)緩慢釋放彈簧能量到一定程度時(shí),斷路器出現(xiàn)自動(dòng)分閘動(dòng)作。分析可知:①合閘操作時(shí),觸頭雖有接觸,但合閘不到位;②合閘操作后,分閘拐臂未與分閘摯子上扣,導(dǎo)致出現(xiàn)自動(dòng)分閘動(dòng)作。

圖3 斷路器機(jī)構(gòu)正常閉鎖狀態(tài)

圖4 斷路器機(jī)構(gòu)打扭主軸

圖5 閉鎖盤不到位

圖6 斷路器事故特性曲線

由圖6可知,22A斷路器合閘速度為4.6 m/s,低于合閘速度要求,說明合閘彈簧疲勞,導(dǎo)致所儲(chǔ)能量不能滿足斷路器正常合閘需要。

對(duì)合閘彈簧進(jìn)行調(diào)整:彈簧固定端下移25 mm,根據(jù)彈簧彈力曲線,每壓緊5 mm,速度提升0.1 m/s;然后進(jìn)行機(jī)械特性試驗(yàn),斷路器能正常進(jìn)行合閘、分閘操作,特性曲線如圖7所示;同時(shí)測(cè)量合閘速度為5.3 m/s,分閘速度為7.4 m/s,合閘、分閘的時(shí)間滿足運(yùn)行設(shè)備要求。

圖7 斷路器正常特性曲線

2.2 220 kVⅠ/Ⅲ段母分220斷路器

在事故處理中發(fā)現(xiàn)220斷路器傳動(dòng)接線同時(shí)接在分閘、合閘繞組上,試驗(yàn)時(shí)分閘、合閘繞組同時(shí)帶電,導(dǎo)致220斷路器發(fā)生“一分即合”的故障。

更換220斷路器主軸并做機(jī)械特性試驗(yàn),斷路器能合閘到位,但合閘速度僅為4.8 m/s,不符合要求;分閘速度為7.4 m/s,符合要求。緊固合閘彈簧(固定端下移35 mm),合閘速度為5.3 m/s,符合要求。

3 事故原因分析

BLG1002A機(jī)構(gòu)機(jī)械閉鎖條件如下［4］。

a.在斷路器合閘的情況下,閉鎖桿與閉鎖盤形成機(jī)械閉鎖,確保機(jī)構(gòu)無法再次完成合閘操作。

b.在斷路器分閘且彈簧未儲(chǔ)能的情況下,閉鎖桿與閉鎖盤形成機(jī)械閉鎖,即在彈簧未完全儲(chǔ)能的情況下,機(jī)構(gòu)無法完成合閘操作。

c.當(dāng)主軸打扭時(shí),因機(jī)構(gòu)配合度變化,盡管斷路器處于分閘且已儲(chǔ)能的狀態(tài),閉鎖桿與閉鎖盤仍形成機(jī)械閉鎖,機(jī)構(gòu)無法完成合閘操作。

3.1 1號(hào)主變壓器220 kV側(cè)22A斷路器

通過檢查和測(cè)試,分析合閘彈簧能量不足是造成22A斷路器扭軸的根本原因。在機(jī)構(gòu)得到合閘命令后,合閘彈簧完全釋放,并帶動(dòng)主軸上的凸輪轉(zhuǎn)動(dòng),凸輪推動(dòng)分閘拐臂向合閘方向運(yùn)動(dòng);由于合閘能量不足,導(dǎo)致斷路器合閘不到位(該故障在第1次測(cè)試時(shí)復(fù)現(xiàn)),凸輪與分閘拐臂并沒有脫開,此時(shí)儲(chǔ)能電動(dòng)機(jī)已正常啟動(dòng),為合閘彈簧儲(chǔ)能(該能量是導(dǎo)致扭軸的能量來源),當(dāng)合閘彈簧儲(chǔ)能能量大于分閘彈簧的反作用力時(shí),電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)部凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)繼續(xù)合閘操作(慢合過程);在過凸輪頂點(diǎn)后,由于此時(shí)合閘拐臂呈自由狀態(tài)(正常為合閘拐臂扣壓在合閘摯子上以保持合閘彈簧能量),合閘彈簧能量急速釋放,導(dǎo)致合閘拐臂以高速猛烈撞擊合閘摯子,主軸在高速情況下發(fā)生驟停,安裝在主軸上的凸輪在巨大的慣性作用下使對(duì)應(yīng)的主軸花鍵部分扭曲［5］。

3.2 220 kVⅠ/Ⅲ段母分220斷路器

通過檢查、測(cè)試以及現(xiàn)場(chǎng)操作方式調(diào)查,分析接線錯(cuò)誤使分閘、合閘繞組在操作時(shí)同時(shí)帶電是造成220斷路器扭軸的主要原因。當(dāng)220斷路器處于合閘已儲(chǔ)能狀態(tài)時(shí),無延時(shí)進(jìn)行分閘、合閘動(dòng)作,導(dǎo)致分閘彈簧帶動(dòng)拐臂運(yùn)動(dòng),合閘彈簧帶動(dòng)凸輪運(yùn)動(dòng),最終造成凸輪與拐臂對(duì)頂,重復(fù)斷路器慢合,致使主軸打扭［6］。

4 整改措施

由于該斷路器為三相共體機(jī)構(gòu),在斷路器進(jìn)行分閘、合閘動(dòng)作時(shí)需要很大合閘功,運(yùn)行較長(zhǎng)年限后機(jī)構(gòu)易出現(xiàn)合閘彈簧疲勞現(xiàn)象。目前未配備廠家專用斷路器機(jī)械特性儀導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)與廠家規(guī)定值有較大偏差,無法準(zhǔn)確判斷機(jī)構(gòu)彈簧是否已經(jīng)出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象,當(dāng)彈簧進(jìn)一步疲勞,在極端情況下會(huì)導(dǎo)致斷路器無法合閘到位,滅弧室爆炸的事故。事故斷路器整改措施如下［7-10］。

a.對(duì)運(yùn)行12年以上BLG1002A機(jī)構(gòu)進(jìn)行維護(hù),開展機(jī)械行程測(cè)試,保存行程曲線圖并對(duì)斷路器分閘、合閘速度進(jìn)行分析,及時(shí)調(diào)整彈簧壓縮量確保斷路器動(dòng)作正確;對(duì)連續(xù)運(yùn)行20年以上且合閘彈簧已不能壓縮的斷路器及時(shí)更換合閘彈簧。

b.按銘牌要求操作斷路器,分閘與合閘操作間隔0.3 s,一次合閘、分閘操作與下一次合閘、分閘操作間隔3 min。

c.對(duì)斷路器進(jìn)行傳動(dòng)試驗(yàn)前,先斷開儲(chǔ)能電源,在確保絕緣合格與回路正確的情況下進(jìn)行遙控合閘操作,確認(rèn)斷路器合閘到位后,方可繼續(xù)開展其他工作;若出現(xiàn)合閘未到位的情況,立即停止工作,在專業(yè)人員操作下釋放彈簧能量,由具有斷路器專業(yè)技能水平且技術(shù)能力強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)斷路器進(jìn)行修復(fù)工作,以防止在停送電過程中造成斷路器損壞。

5 結(jié)論

a.在日常停電檢修工作中,及時(shí)開展斷路器分閘、合閘速度測(cè)試,根據(jù)廠家對(duì)斷路器特性試驗(yàn)的要求及時(shí)調(diào)整分閘、合閘彈簧,徹底解決因彈簧疲勞導(dǎo)致的慢合事故。

b.保證二次回路接線正確再進(jìn)行操作,避免因分閘、合閘繞組同時(shí)帶電導(dǎo)致主軸打扭。

c.在進(jìn)行斷路器傳動(dòng)操作時(shí),應(yīng)注意斷路器銘牌上特別強(qiáng)調(diào)的操作事項(xiàng),最大程度避免非常規(guī)操作帶來的設(shè)備損壞。