時間特性在斷路器操作機構內部故障診斷中的應用

趙國漢，慎志勇，駱佳勇

（中國長江電力股份有限公司白鶴灘電廠籌建處，四川 涼山615400）

1 引言

斷路器在電網(wǎng)中承擔著正常運行時關合、分斷電流，故障時在繼電保護裝置的控制下快速切斷故障電流的功能，在電網(wǎng)運行、控制中起著至關重要的作用，其運行、維護和檢修情況與系統(tǒng)可靠性密切相關。斷路器的分、合閘時間應在一定范圍內，時間過長或過短均會對斷路器造成危害。合閘時間過長，則斷路器動靜觸頭剛合速度過低，延長了預擊穿時間，增大了觸頭熔焊的風險；分閘時間過長，則電弧燃燒持續(xù)時間增大，促使觸頭熔化，在切斷短路電流工況下會引起動靜觸頭熔焊，造成斷路器越級跳閘的嚴重后果；若斷路器分、合閘時間過短則會對斷路器操作機構的元器件強度造成較大沖擊，損壞斷路器操作機構元器件或引起斷路器震動[1]。

由此可見斷路器分、合閘時間與斷路器的可靠運行密切相關，任一型號的斷路器都有一個合理的分、合閘時間區(qū)間，斷路器的操作機構選定后這一區(qū)間也就確定。斷路器操作機構故障會使其分、合閘時間偏離這一區(qū)間，從而給斷路器的穩(wěn)定運行帶來極大危害，所以從斷路器的時間特性數(shù)據(jù)中診斷識別出其操作機構的內部故障就顯得尤為重要。

時間特性試驗是斷路器常規(guī)預防性試驗中判定斷路器動作能力的唯一試驗，具有不可替代性。時間特性試驗在斷路器空載情況下進行，僅反映斷路器動靜觸頭的固有分、合時間，不包括斷路器預擊穿及滅弧時間，所以這一數(shù)據(jù)能真實反映斷路器操作機構的動作能力及故障情況。本文將結合實際案例簡要分析如何利用時間特性診斷斷路器操作機構內部故障。

2 事件

2019 年1 月24 日晚，某大型水力發(fā)電站1 F 發(fā)電機組調峰操作停機備用的過程中，在發(fā)電機出口201 斷路器分閘后瞬間，監(jiān)控系統(tǒng)報“主變低壓側零序電壓報警”和“發(fā)電機注入式定子接地報警”信號。隨后經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)為201 斷路器C 相未正常斷開，對C 相滅弧室進行開蓋檢查發(fā)現(xiàn)該相內部傳動機構主傳動連接銷脫落（圖1），導致斷路器無法分閘。

圖1 201 斷路器C 相故障情況

3 處理

1 月26 日，斷路器廠家到電站現(xiàn)場檢查確認故障相操作傳動機構現(xiàn)場難以修復后，為保證機組運行時間，對201 斷路器C 相進行整體更換處理，設備恢復運行。

隨后對故障的201 斷路器C 相斷路器進行拆解檢查，發(fā)現(xiàn)該相轉動絕緣子裝配方向錯誤（圖2），導致上軸頂端的拐臂1 被抬高14.5 mm，其與大軸上的拐臂2 有了高度差（圖3），使得拐臂1 與拐臂2之間連板與連接銷受到側向力，在1 500 多次的合分操作中，連接銷頂端的端蓋被磨損破壞，沒有了限位臺階，在運動過程中受重力作用，向下移動，最終脫落，C 相失去動力而分閘拒動。

圖2 轉動絕緣子正反安裝對比

圖3 轉動絕緣裝反后連板運行效果圖

4 分析

該電站左岸4 臺巨型水輪發(fā)電機組出口斷路器均采用國產ZHN10-24/Y25000-130 型GCB 斷路器。其中1 F～3 F 出口斷路器為2013 年初同批供貨，4 F出口斷路器為2013 年底供貨。為尋找1 F 發(fā)電機出口201 斷路器C 相傳動機構轉動絕緣安裝錯誤故障在時間特性上的體現(xiàn)，查閱該型號4 臺斷路器的歷史試驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)每臺斷路器每次試驗的時間特性試驗結果均滿足規(guī)程的分閘時間40±5 ms、合閘時間52±10 ms、相間不同期≤2 ms 標準。但對同批3 臺斷路器最近一次預防性試驗的分、合閘相間不同期進行橫向對比（表1），發(fā)現(xiàn)201 斷路器的平均分閘相間不同期較同批次的202、203 斷路器偏移了將近4 倍。

表1 同批次斷路器不同期平均值對比

雖然201 斷路器最近一次預防性試驗測得分閘相間不同期平均值為0.8 ms，不到試驗標準值得2 ms的一半，但是已嚴重偏離同批次另外2 臺斷路器的試驗值；3 臺斷路器的合閘不同期則較為一致，且僅為試驗標準值的約1/4。由于該型號斷路器為三相共用1 臺操作機構，三相間通過傳動機構聯(lián)動分合，故其分、合閘相間不同期理應較小。由此分析得出201斷路器分閘相間不同期較同批次斷路器的偏大異常應為其內部傳動機構中轉動絕緣子安裝錯誤所致。

為進一步分析出201 斷路器分閘相間不同期偏大異常與C 相傳動機構內部故障間的聯(lián)系，調取201 斷路器在2015 年及2016 年兩輪歲修期間預防性試驗的6 組（每年3 組）試驗數(shù)據(jù)進行分析。

由圖4 及圖5 可以明顯看出，201 斷路器的B、C 兩相分、合閘時間一致性一直較好，三相不同期主要表現(xiàn)為A 相較其他兩相間的偏差。合閘時間A相較另外兩相偏大，且前后兩年數(shù)據(jù)對比這一偏差逐步縮小；分閘時間A 相較另外兩項偏小，且前后兩年數(shù)據(jù)對比這一偏差逐步增大。

圖4 201 斷路器合閘歷史數(shù)據(jù)分析圖

圖5 201 斷路器分閘歷史數(shù)據(jù)分析圖

將以上數(shù)據(jù)規(guī)律與C 相已暴露出的操作機構內部故障結合分析，得出201 斷路器分閘相間不同期較同批次產品嚴重偏大為C 相轉動絕緣子安裝錯誤所致。且分、合閘時間參數(shù)均表現(xiàn)為B、C 兩相整體偏離A 相，可初步診斷出B 相斷路器操作機構疑存在與C 相斷路器相同的故障。

5 排查處理

為避免同類設備再發(fā)生201 斷路器C 相類似設備障礙，電廠合理安排歲修工期，聯(lián)合斷路器制造廠家對該電站4 臺同型號發(fā)電機出口斷路器進行了專項拆解檢查，發(fā)現(xiàn)201 斷路器B 相轉動絕緣子安裝方向錯誤，其他斷路器傳動機構內部裝配無異常，檢查結果與以上基于斷路器歷史時間特性數(shù)據(jù)分析結果契合。對201 斷路器B 相進行整體更換后設備恢復運行。

6 結束語

斷路器時間特性既關乎其運行可靠性，又可直觀反映其操作機構內部故障，所以在斷路器的常規(guī)預防性試驗期間應重視對時間特性試驗數(shù)據(jù)的分析。在保證試驗數(shù)據(jù)滿足預防性試驗規(guī)程基本要求的基礎上還應注重兩點。①同一斷路器試驗數(shù)據(jù)的歷史縱向比較，注重觀察歷次試驗數(shù)據(jù)的變化趨勢，并從趨勢中總結出操作機構內部構件的老化規(guī)律；②要注重斷路器不同相間及同一型號、同一批次斷路器間試驗數(shù)據(jù)的橫向比較，同一試驗數(shù)據(jù)橫向比較時該組數(shù)據(jù)的離散性不應過大，若某臺或某相的數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)偏差較大，則應重點關注其歷史數(shù)據(jù)變化規(guī)律，必要時對其操作機構進行拆解檢查。