一起35kV風機箱變故障案例分析

中國能源建設集團投資有限公司吉林分公司 檀 健

1 引言

35kV風機箱變作為配電網中重要的設備之一，廣泛應用于風電場等電力系統中，其主要作用是將風電機組產生的高電壓（通常為690V或1500V）升壓至35kV，以便輸送到電網中。在這個過程中，真空斷路器作為關鍵的保護和控制設備，發揮著重要的作用。

在35kV風機箱變中，真空斷路器主要用于對電路進行分閘和合閘操作，以確保電流的正常流通和設備的安全運行。當發生故障或需要對電路進行檢修時，真空斷路器可迅速切斷電流，避免電氣設備受到過載或短路造成的損壞[1]。由于35kV風機箱變通常處于戶外環境下，面臨著各種惡劣的氣候條件和工作環境，因此，真空斷路器必須具備耐久、可靠和高效的特性，其合理的設計和正常的運行對于保障電力系統的穩定運行和風電場的正常發電至關重要[2]。

2 35kV風機箱變故障情況

2023年3月15日上午9點30分，某風電場的35kV風機箱變#1發生了真空斷路器分閘失靈的故障。當時，運維人員注意到故障現象是真空斷路器無法正常分閘，即使進行了多次的分閘操作，真空斷路器仍未能打開斷路，一直保持在閉合狀態，進一步觀察發現，分閘指示燈未亮起，顯示真空斷路器未完成分閘動作。

故障發生時，該風機箱變正處于運行狀態，向電網輸送電能。然而，由于真空斷路器無法分閘，風機箱變無法切斷電路，導致風機箱變仍然與電網連接，可能引發安全隱患和系統穩定性問題。

故障發生地點是風機箱變#1，該變電站負責將風電場產生的電能通過35kV電壓等級的電力線路輸送至主電網。真空斷路器作為關鍵設備之一，用于保護和控制電路的開閉，發生故障將對電力系統的穩定運行產生不利影響。

故障現象的出現引起了運維人員的重視，立即進行了故障診斷和處理工作。然而，由于故障的具體原因尚未確定，需要進行進一步的故障原因查找和處理過程，以確定導致真空斷路器分閘失靈的具體原因，并采取相應的修復措施，恢復風機箱變的正常運行，如圖1所示。

圖1 風機箱變#1出現真空斷路器分閘失靈

3 故障原因查找及處理

3.1 現場調查

在故障發生后，立即派遣維護人員前往現場進行調查。調查人員仔細觀察真空斷路器的狀態，檢查是否有物理損壞、松動或異常現象，并記錄現場照片以作為后續分析的依據。

3.2 設備檢查

為了更深入地分析故障情況，查閱了風機箱變的歷史維護記錄和操作數據，并對以下設備進行相關檢查：對真空斷路器及相關設備進行仔細檢查，包括操作結構、真空瓶、控制柜等；檢查操作機構是否正常運行，是否存在卡滯或磨損等問題；檢查真空瓶是否存在漏氣或其他內部問題；檢查控制柜中的繼電器、保護裝置和連接線路是否正常。

通過檢查后得出：根據歷史維修記錄，在故障發生之前，該風機箱變的真空斷路器一直處于正常工作狀態，沒有報告過類似的問題或任何與分閘失靈相關的異常情況；進一步的數據分析表明，風機箱變的其他設備（如主變壓器、保護繼電器和控制柜）未發生故障，其運行狀態正常。因此，可以初步排除其他設備故障對真空斷路器分閘失靈的影響。

3.3 測試和測量

使用合適的測試設備對真空斷路器進行電氣參數測試，包括分閘時間、分閘電流、分閘動作力等。測量并記錄相關參數，與設備的額定值進行對比。進行真空瓶的漏氣測試，以驗證其密封性能。檢查控制柜中的信號傳輸和繼電器操作是否正常。

3.4 數據記錄和分析

將現場調查、設備檢查和測試測量的數據記錄整理成表格或圖表，以便后續分析，比較實際測量值與標準或設備規格的要求。

根據數據分析結果，尋找可能的故障原因，如操作機構故障、真空瓶漏氣、控制系統故障等，真空斷路器測試測量數據見表2。

表2 真空斷路器測試測量數據

根據上述測試測量數據，可以看出真空斷路器的分閘時間、分閘電流和分閘動作力均在標準要求范圍內，符合正常運行的要求。真空瓶經過漏氣測試，未發現漏氣現象，表明其密封性能正常；控制柜的信號傳輸和繼電器操作也正常。

基于以上數據分析，初步排除了操作機構故障、真空瓶漏氣和控制系統故障對真空斷路器分閘失靈的影響。進一步的現場調查和數據分析表明，故障的原因可能源于其他因素，如斷路器內部觸點接觸不良、彈簧力不足等。

3.5 故障原因確定

為了更準確地分析故障情況，研究者進一步地現場調查和檢查，確定具體的故障原因：檢查真空斷路器的操作機器，確保其可靠性和正常運行；進行真空瓶的測試和檢查，排除真空瓶內部問題導致的故障；檢查風機箱變的控制系統，包括控制柜和保護繼電器，以確保其與真空斷路器的協調工作正常。通過以上的故障情況分析和進一步的現場調查，將能夠準確確定35kV風機箱變真空斷路器分閘失靈的具體原因，并提出相應的解決方案和建議，以確保故障的及時修復和系統的可靠運行。

綜合以上分析，初步判斷故障主要集中在真空斷路器本身，可能的原因包括操作機構故障、真空瓶問題或控制系統故障。

4 故障分析

本文對35kV風機箱變真空斷路器分閘失靈進行深入分析，以下是針對本案例的故障分析具體原因。

4.1 操作機器故障

通過現場調查和檢查操作機器，發現操作機器的電磁驅動機構存在問題。根據理論知識，電磁驅動機構負責提供分閘動作力，如果存在故障，如卡滯、磨損或機械部件松動，可能導致分閘失靈。在本案例中，推測操作機構的磁力不足，導致分閘動作力不夠，從而導致分閘失靈。

4.2 真空瓶問題

通過實地檢查，未發現真空瓶本身存在明顯的問題。然而，需要進一步檢查真空瓶的密封性能，特別是密封面和密封圈。根據理論知識，如果真空瓶的密封面不平整、密封圈老化或安裝不當，可能導致漏氣現象。在本案例中，需要對真空瓶的密封性能進行詳細測試，以排除真空瓶問題對分閘失靈的影響。

4.3 控制系統故障

控制系統是實現真空斷路器分閘的關鍵部分，通過檢查控制系統的繼電器、保護裝置和信號傳輸線路，發現繼電器失靈的可能性較大[3]。繼電器的正常工作對于控制系統的穩定運行至關重要，如果繼電器失靈，可能導致信號傳輸異常或控制信號無法正常到達真空斷路器，進而影響分閘動作。因此，需要對繼電器進行詳細檢查和測試，以確認是否存在故障。

綜合故障原因所述，針對本案例中真空斷路器分閘失靈的故障原因，主要關注操作機構故障、真空瓶問題和控制系統故障。在進一步分析時，需要結合實際情況，進行詳細的現場檢查和測試，以確認具體的故障原因，將有助于制定相應的故障處理方案和預防措施，提高35kV風機箱變的可靠性和穩定性。

5 建議

根據對35kV風機箱變真空斷路器分閘失靈故障的分析結果，提出以下建議和解決方案，以確保故障得到有效修復和未來的預防。

5.1 修復或更換設備

針對操作機構故障，建議對電磁驅動機構進行修復或更換，確保其正常工作，包括清潔、潤滑、更換磨損部件或調整機械傳動機構。如果真空瓶的密封性能存在問題，建議更換密封圈或調整密封面，以確保真空瓶的良好密封性能。若控制系統出現故障，進行相應的檢修和修復，包括檢查控制電路、更換故障傳感器或繼電器，并進行必要的校準和調試[4]。另外，考慮根據最新技術標準和設備可靠性要求更新設備。包括更換老化部件、采用更可靠替代品或升級至新一代真空斷路器設備。

通過修復或更換設備，可解決35kV風機箱變真空斷路器分閘失靈故障，提升系統可靠性和穩定性，在實施前，需進行評估和論證，確保方案可行且有效。

5.2 改進維護計劃

建議建立定期維護計劃，包括對真空斷路器的操作機構、真空瓶和控制系統的檢查和測試，定期維護可及早發現潛在問題，減少故障發生的概率。

在維護計劃中，重點關注操作機構的清潔、潤滑和磨損部件的更換。對真空瓶進行定期的密封性能測試和清潔，確保控制系統的繼電器、保護裝置和信號傳輸線路的正常工作。

5.3 加強操作培訓

建議對操作人員進行定期的培訓和技能提升，以確保他們熟悉真空斷路器的操作原理、正確的操作流程和應急措施。培訓內容可以包括真空斷路器的結構和工作原理、操作機構的維護和調整方法、控制系統的功能和操作流程等。

5.4 強化監測和檢測

建議在35kV風機箱變中引入遠程監測和故障檢測技術，以實時監測真空斷路器的工作狀態和性能參數，有助于及時發現潛在問題，并采取相應的預防措施。

定期巡視和檢查設備，特別關注關鍵部位和易損件；安裝在線監測裝置，實時監測電流、電壓、溫度等參數；制定頻繁的維護計劃，定期保養和更換老化部件；使用紅外熱像儀檢測設備熱量分布；記錄故障事件，分析故障頻率和類型；及時關注技術進展和標準規范，采納新技術。同時，建立完善的記錄和分析機制，從故障中汲取經驗教訓，不斷提升設備管理水平和預防能力[5]。

總之，通過修復或更換設備、改進維護計劃、加強操作培訓和強化監測和檢測，可以有效解決35kV風機箱變真空斷路器分閘失靈的問題，這些建議具有可行性和實施性，并能提高系統的可靠性和穩定性。然而，在實施這些建議時，需要充分考慮實際情況和經濟成本，并確保按照相關的標準和規范進行操作和維護。

6 結語

35kV風機箱變故障對電力系統的安全運行具有重要性，通過本論文的故障案例分析，深入了解了真空斷路器分閘失靈的故障原因，并提出了相應的預防措施，對于提高系統的可靠性和穩定性具有重要意義，為配電網的工程人員提供了有益的參考和指導。本研究應該持續關注風機箱變的故障情況，加強維護和管理工作，確保電力系統的安全穩定運行。