220kV GIS斷路器儲能異常分析與處理

袁 露 王 錳 蘇 文 謝 佳 薛克志

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220kV GIS斷路器儲能異常分析與處理

袁 露 王 錳 蘇 文 謝 佳 薛克志

（國網安徽省電力有限公司檢修分公司，合肥 230051）

本文針對某500kV變電站的220kV GIS設備一日之內連續發生兩起斷路器無法正常儲能異常事件，對異常斷路器機構及二次回路詳細檢查、分析，最終查出斷路器儲能電動機電刷壓緊彈片錯位是斷路器無法正常儲能的直接原因，時間繼電器損壞是電動機保護回路復歸后不能報警的直接原因。并根據異常原因采取相應措施消除缺陷。最后出于設備安全運行的考慮，提出對同類型不可靠的電刷及時間繼電器逐步更換的建議。

斷路器；儲能異常；電刷；時間繼電器

氣體絕緣金屬封閉開關設備（gas insulated switchgear, GIS）由于占地面積少、運行維護簡單、可靠性、安全性高等優點在電力系統中應用越來越多[1]。GIS的核心設備是斷路器，其承載正常工作電流，切除故障電流，在電網中具有保護和控制的雙重作用，是保障電力系統安全的重要設備[2]。斷路器動作時由操動機構提供能量，其操動機構有很多種，液壓彈簧操動機構是其中之一。液壓彈簧操動機構是由碟形彈簧作為儲能部件、液壓油為傳動載體的高壓斷路器操動機構，因驅動能量大、傳動平穩、動作速度快的特點，在高壓斷路器中的到了廣泛的應用[3-4]。但運行中液壓機構的故障現象還是時有發生[5-10]。近期安徽某500kV變電站220kV GIS設備區一日內連續發生多起液壓機構斷路器儲能異常事件，檢修人員應急處理，成功分析出原因并解決問題。

1 異常描述

2017年11月29日凌晨，安徽地區某500kV變電站220kV設備區2871斷路器C相發“電動機過流過時報警”信號，站內運維人員發現問題后，按經驗在匯控柜復歸報警信號，復歸后信號暫時消失，但是3min左右后C相又報警。

2017年11月29日，檢修人員到變電站開展相關缺陷檢查、處理工作。在檢修人員應急處理期間2800斷路器A相又發“電動機過流過時報警”信號，復歸后報警信號消除，但仍未儲能到位。

為避免損失負荷，兩組異常斷路器2871、2800均在運行狀態。檢修人員先后檢查兩臺斷路器異常相機構箱，發現液壓彈簧之間空隙較大，確認未完全儲能。對兩組斷路器匯控柜、機構箱內所有相關端子排接線端子、繼電器接線端子進行檢查，發現接線并無松動。

圖1 液壓彈簧未儲能到位

該GIS生產廠家：西安西開高壓電氣股份有限公司，斷路器型號：LWG9-252，采用液壓彈簧儲能，操動機構型號：CYA3-II。兩臺斷路器2008年6月生產，2008年12月投運。

2 儲能及保護回路原理介紹

斷路器儲能主要涉及3個回路：電動機回路、電動機控制回路、電動機保護回路。各回路電路圖如圖2至圖4所示，元件參數見表1。

下面介紹各回路的工作原理。

圖2 電動機回路

圖3 電動機控制回路

圖4 電動機保護回路

2.1 電動機回路

電動機通過傳動機構帶動液壓彈簧儲能，為斷路器動作提供能量。電動機回路內串聯熱繼電器49MA（B、C）的發熱元件和接觸器88MA（B、C）的常開接點。

表1 元件功能表

2.2 電動機控制回路

電動機控制回路內的接觸器88MA（B、C）的兩對常開接點1-2、3-4串接在電動機回路里面，靠此控制電動機啟停。正常情況下當斷路器動作或其他原因（如手動泄壓）使壓力泄掉后，限位開關33hb會閉合接通電動機控制回路，使接觸器線圈帶電，接觸器常開接點閉合，接通電動機回路儲能。當斷路器儲能到位時，通過滾輪切斷限位開關33hb，使接觸器失電，進而切斷電動機回路停止儲能。

電動機控制回路中還串有電動機保護繼電器49MXA（B、C）的31-32常閉接點，其線圈在電動機保護回路里。

2.3 電動機保護回路

當斷路器儲能出現異常時，會通過電動機保護回路切斷電動機控制回路，保護電動機、繼電器，避免事態擴大。電動機保護主要有兩種形式：過流保護和過時保護。

如果電動機轉動時受到很大的阻力，回路就會產生大電流，熱繼電器49MA（B、C）在大電流通過時快速發熱并動作，其在電動機保護回路里的常開接點97-98閉合，使電動機保護繼電器49MXA（B、C）線圈得電，電動機保護繼電器通過本身的常開接點13-14自保持使電動機保護回路一直接通。49MXA（B、C）得電后，還會斷開在電動機控制回路里的常閉接點31-32，切斷電動機控制回路，使接觸器88MA（B、C）接觸器失電，進而切斷電動機回路。這就是電動機的過流保護，與此同時將發“電動機過流過時報警”信號。

正常情況下電動機幾十秒內將完成儲能，當遇到故障情況（如電動機空轉甚至不轉）時，斷路器儲能一定時間（此GIS斷路器整定為150s）后仍不能儲能到位，電動機保護回路里的時間繼電器48T A（B、C）將會動作，同樣使電動機保護繼電器49MXA（B、C）得電并自保持，切斷電動機控制回路及電動機回路。這就是電動機的過時保護，與此同時將發“電動機過流過時報警”信號。

電動機保護回路里的RESET按鈕可以復歸回路。按下RESET按鈕將切斷電動機保護回路使49MXA（B、C）失電，“電動機過流過時報警”信號將會消失，同時在未儲能到位的情況下電動機保護繼電器49MXA（B、C）的常閉接點31-32使電動機控制回路接通，進一步接通電動機回路。松開按鈕后，如果是偶然性故障，就順利完成儲能；如果故障未解除，就會發“電動機過流過時報警”信號。

3 異常排查分析及處理

3.1 電動機保護回路排查與分析

首先對2871斷路器異常相C相電動機保護回路各端子電位進行測量，結果顯示電動機保護繼電器49MXC的14號端子與13號端子同電位，49MXC線圈兩端帶電，表明49MXC已經自保持，與正常相不同。分析易得：與電動機保護繼電器49MXC的接點13-14相并聯的時間繼電器48TC的接點67-68、熱繼電器49MC的97-98接點至少有一對先接通才能起動電動機保護繼電器使之自保持。

為檢查出是過流保護還是過時保護，檢修人員快速按下回路復歸按鈕RESET并松開，瞬時切斷電動機保護回路，使49MXC失電自保持破壞。結果異常相并不能儲能，并且經過2～3min后，又發“電動機過流過時報警”信號。據此可以排除熱偶動作導致回路接通的可能性，若是熱偶動作導致異常發生，且熱偶未復歸，則電動機保護回路復歸后49MXC會立即得電發報警信號，而不是過一段時間才發。

解開49MC的98端子接線，測量98端子電壓為零電位，驗證了熱偶沒有動作的推斷。解開48TC的68端子接線，測量68端子電壓與67端子一致。現象與過時保護相符，說明是時間繼電器48TC的67-68接點導通，使49MXC帶電并通過13-14接點自保持，發“電動機過流過時報警”信號。

3.2 電動機控制回路排查與分析

測量異常相C相限位開關33hb兩端電壓為零，測量接觸器88MC線圈兩端電壓為零，測量電動機保護繼電器49MXC的31-32接點兩端電壓為電源電壓，表明2871斷路器C相的限位開關確未斷開，接觸器88MC未吸合，49MXC得電動作后常閉接點31-32斷開。復歸電動機保護回路，接觸器88MC線圈帶電吸合。說明復歸回路時C相電動機控制回路接通，然而C相仍然無法儲能，問題應該在電動機回路。

3.3 電動機回路排查與分析

在復歸電動機保護回路后，測量熱繼電器49MC的2和4端子兩端為電源電壓。這表明異常相電動機兩側已有電，但電動機未轉動。檢修人員打開斷路器異常相機構箱后柜門檢查電動機。經過仔細的檢查發現電動機電刷的壓緊彈片錯位，沒有壓到電刷，如圖5所示，導致電刷不能接觸電動機換向器，電動機不轉。

圖5 電刷壓緊彈片錯位

對于2800斷路器，檢查發現同樣存在電刷錯位的問題。不過2800斷路器發生異常時有不同于2871斷路器的現象：異常后運維人員復歸2800斷路器電動機保護回路，2800斷路器A相不能儲能，但是一直未發“電動機過流過時報警”信號，而2871斷路器復歸幾分鐘后又發報警信號。這表明2800斷路器A相電動機保護回路沒有接通。由前述分析很容易得知熱繼電器未動作，過流報警回路沒問題。很可能是2800斷路器A相過時報警回路出問題。檢修人員把A相時間繼電器取下測試其功能，結果顯示該繼電器已損壞：正常情況下在設定的時間150s左右該繼電器48TA將會動作，其常開接點67-68將閉合，然而檢修人員多次測試、時間長達半小時該繼電器都沒有動作，表明該時間繼電器已損壞。

3.4 缺陷處理

對于2871斷路器，檢修人員用螺絲刀撥動異常相電刷壓緊彈片，使之壓緊電刷，再復歸電動機保護回路，此時異常相電動機立即運轉，帶動液壓彈簧順利儲能。儲能到位后能正常切斷回路，“電動機過流過時報警”信號也不再出現。為確保可靠，檢修人員又對異常相斷路器手動泄壓數次，斷路器都能順利儲能，功能正常。

對于2800斷路器，檢修人員調整電刷復歸電動機保護回路后，同樣異常相儲能到位。為徹底消除缺陷，檢修人員更換經校驗合格后的時間繼電器，更換后拉開儲能電源空開實測時間繼電器回路報警功能，約150s發“電動機過流過時報警”信號。此后投上儲能空開手動泄壓數次，斷路器都能夠正常儲能。至此2800斷路器缺陷完全消除。

4 結論

該500kV變電站220kV GIS設備區一日之內連續兩臺斷路器儲能出現異常，共同問題是電動機電刷壓緊彈片錯位導致無法儲能，并起動電動機保護回路，發“電動機過流過時報警”信號。其中一臺斷路器時間繼電器損壞，導致復歸后不再發報警信號。

現場檢查其他斷路器時發現電動機電刷均有不同程度的磨損，建議更換電刷。在消缺更換時間繼電器過程中發現很多新的繼電器功能不正常，該型號繼電器為空氣阻尼式繼電器，可靠性較差，建議更換。

此次異常的分析及處理方法，對同行有一定的參考價值。

[1] 汪曉明, 何萍, 劉衍, 等. 一起500kV HGIS事故的分析及處理[J]. 高壓電器, 2014(1): 129-132.

[2] 翁新林, 秦文紅, 張小平, 等. 一起220 kV SF6斷路器延遲分閘故障分析[J]. 高壓電器, 2017(10): 246- 251.

[3] 葉瑞, 段繼洲, 查笑春, 等. 一種斷路器液壓彈簧機構泄壓控制系統及方法[J]. 電氣技術, 2016, 17(12): 15-19.

[4] 尹康, 陳保倫, 茍軻, 等. 液壓彈簧機構儲能回路的故障診斷與處理[J]. 高壓電器, 2015(4): 188-193.

[5] 陳強. 斷路器液壓彈簧操作機構故障分析及處理[J]. 電氣技術, 2017, 18(8): 122-124.

[6] 洪青云. 斷路器液壓機構故障原因及診斷處理方法[J]. 電氣技術, 2010, 11(2): 82-83.

[7] 林其雄, 李剛. 高壓斷路器液壓機構故障診斷及處理[J]. 高電壓技術, 2001, 27(Z1): 79-80.

[8] 曾杰, 楊耀祖, 馮業鋒. ZF11-252 型SF6斷路器液壓執行機構油壓降低分析及處理[J]. 電氣技術, 2015, 16(8): 110-112.

[9] 周勇, 李松山. 500kV斷路器液壓彈簧機構閉鎖重合閘回路缺陷及改進[J]. 電氣技術, 2017, 18(9): 136- 138.

[10] 陳亮, 廖和福, 鄒文龍, 等. 液壓機構斷路器打壓信號監測及報警系統[J]. 電氣技術, 2017, 18(5): 101- 104.

Analysis and treatment of energy storage abnormality of 220kV GIS circuit breaker

Yuan Lu Wang Meng Su Wen Xie Jia Xue Kezhi

(Maintenance Company of Anhui Electric Power Corporation, Hefei 230051)

Two energy storage accidents of 220kV GIS circuit breaker (CB) happen in a 500kV substation in one day. Based on detailed inspection and analysis on the mechanism of the abnormality CB and their secondary circuits, finally find that the compression shrapnel of electric brush of the energy storage motor misaligned is the reason why the CB cannot storage energy，and the time relay broken is the reason why the CB doesn't send an alerting signal. In the end, the paper puts forward some suggestions for replacing the unreliable electric brush and time relay gradually for the safe operation of the equipment.

circuit breaker; abnormality of energy storage; electric brush; time relay

2018-04-26

袁 露（1990-），男，安徽亳州人，工程師，碩士研究生，從事輸變電設備檢修工作。