隔離開關二次回路故障處理方法探討

凌 青

(廣東電網有限責任公司湛江供電局，廣東 湛江 524000)

隔離開關是一種高壓開關電器，其主要作用是保證高壓設備檢修時檢修人員的安全，在需要檢修的設備和其他帶電部分形成一個明顯的斷開點，為檢修人員提供足夠大的絕緣間隔[1]。目前隔離開關和斷路器是變電站中最常見的相互配合使用的設備。由于受到設備條件、環境等各種因素的影響，容易導致隔離開關發生故障，嚴重影響倒閘操作效率，給電網的穩定運行和人身安全帶來較大風險[2]。

本文從2017—2019年湛江地區某巡維中心倒閘操作過程出現的隔離開關故障數據中分析(見表1)，霞山站、寶滿站2座變電站隔離開關故障發生次數較多，主要原因是設備運行年限較長，設備工況較差，而良豐站和仙塘站隔離開關故障的發生則受外部環境影響，通過對比各站隔離開關故障發生的原因，發現二次回路的故障率高達80%以上，造成平均每次延誤操作時間達2～3 h，因此有效處理二次回路的故障，能極大提高倒閘操作效率，且具有非常積極的意義。

表1 巡維中心隔離開關故障統計(2017—2019年)

1 隔離開關二次回路的組成及動作原理

目前變電站隔離開關的動作可以分為手動操作和電動操作，考慮到手動操作會帶來一定的人身風險，大多數情況下都是采用電動操作，電動操作通常有3個以上的操作點(見圖1)，后臺機或測控裝置、現場端子箱、隔離開關的機構箱[3]。后臺機或測控裝置操作是滿足五防閉鎖等條件下從后臺機或測控裝置發送命令接通隔離開關的二次回路并驅動電動機的操作；現場端子箱操作是在開關端子箱內滿足二次回路的邏輯條件下通過按鈕的分合接通二次回路并驅動電動機實現隔離開關的操作；隔離開關機構箱操作是隔離開關機構箱內滿足二次回路的邏輯條件下通過按鈕的分合接通二次回路并驅動電動機實現隔離開關的操作，一般是用于檢修人員對于隔離開關的維護、試驗時的操作[4]。

圖1 隔離開關操作點示意圖

常見的隔離開關二次回路主要是由電源回路、控制回路及電動機回路構成，電源回路是為隔離開關的動作提供電源動力；控制回路是實現隔離開關在滿足一系列條件的情況下進行可靠動作的控制；電動機回路是通過電動機的正反轉動實現隔離開關的分合操作。隔離開關的3個回路相輔相成，缺一不可，任一回路出現故障，都會影響隔離開關的正常動作。以某110 kV 間隔12341母線隔離開關間隔為例，該間隔為杭州西門子隔離開關，MA6型機構(見圖2和圖3)，具體的二次回路及動作過程如下[5]。

圖2 隔離開關電源及控制回路

圖3 隔離開關電動機回路

電源回路：～A→～N (220 V交流電源，取自交流動力電源)。

控制回路：1ZK→～N (220 V交流電源，取自交流動力電源)。

電動機回路：L1、L2、L3→U1、V1、W1(380 V交流電源，取自交流動力電源)。

動作過程：在控制回路1ZK→N帶電接通后，通過遠方測控YK12→YK15/YK16或就地1HA/1FA按鈕發出分合閘命令，使控制回路接觸器K1/K2動作，對應電動機回路接觸器K1/K2觸點動作，驅動電動機正反轉，實現隔離開關的分合閘。

2 隔離開關二次回路的常見故障

根據二次回路的組成，隔離開關二次回路的常見故障主要分為3個方面：電源回路故障，控制回路故障，電動機回路故障。這3個方面的故障通常情況下表現為隔離開關的拒合和拒分，嚴重情況下會導致電動機的短路燒毀。因此運維人員在倒閘操作或設備修試過程中遇到這些情況，必須立即停止操作，查清原因，排除故障后才能繼續操作，如特殊情況下需要緊急送電，必須做好風險評估和采取相應的安全措施后方能操作，避免給設備和人身帶來更大的風險[6]。

2.1 電源回路故障

電源回路故障是隔離開關二次回路中最常見的故障類型，主要表現為靜態故障和動態故障，靜態故障指隔離開關控制回路的電源或者電動機回路的電源無電壓或異常，主要是由于空開漏投入、空開故障或者上級電源消失造成。動態故障是指隔離開關在電動操作過程中突然電源消失或異常，多數情況下是由于突發性空開的跳閘、上級電源消失或二次回路故障引起的。

2.2 控制回路故障

控制回路故障是隔離開關二次回路中最復雜的故障類型，往往是由于一種或幾種原因同時引起，具有多樣性和交叉性特點，目前比較常見的是控制回路斷線或接觸不良、隔離開關閉鎖條件不滿足、交直流回路短路、空開異常故障、二次元件損壞等原因引起，具有一定的復雜性和隱蔽性[7]。

2.3 電動機回路故障

電動機回路故障是隔離開關二次回路中最簡單的故障類型，發生電動機回路故障時，后臺機會出現電動機故障告警的信號和光字牌，同時現場檢查電動機回路的熱耦繼電器的動作標示也是電動機回路故障判斷的重要依據，有利于運維人員及時判斷和檢查。電動機回路故障通常是由于電動機空開故障、接觸器觸點接觸不良、閉鎖回路未接通和電動機缺相、過熱、短路等原因引起的[8]。

3 隔離開關二次回路的故障原因分析

在長期設備運行過程中，造成隔離開關二次回路故障的原因很多，也非常復雜，大體上可以分為人為因素、設備因素和環境因素。人為因素主要在隔離開關新投運階段的施工、驗收等環節，沒有嚴格執行規程制度，導致誤接線、端子排松動、電纜損傷、寄生回路等隱患。而在隔離開關運維階段則是定檢或維護過程中錯誤接線、振動過大、維護不當導致二次回路的異常。設備因素主要為隔離開關設備的質量問題，例如內部元件故障、繼電器老化二次回路絕緣低等。環境因素主要為潮濕或雨霧天氣造成測控屏、端子箱、機構箱內二次回路氧化銹蝕，引起端子排或元件接觸不良，造成二次回路接地或絕緣降低。在2017—2019年湛江地區某巡維中心隔離開關二次缺陷統計情況分析中(見圖4)，設備因素占55%，人為因素占20%，由此可見，降低隔離開關二次回路故障率必須從新設備投運前的施工階段，加強檢查驗收，一直到設備投運后運維階段的定檢試驗，都需要層層跟蹤把關，是一個長期動態的設備管理過程[9]。

圖4 隔離開關二次回路故障缺陷分析

4 隔離開關二次回路的故障處理方法

在變電站設備倒閘操作或修試過程中，出現隔離開關拒分合的異常現象，現場人員需先檢查倒閘操作順序正確和隔離開關一次設備無異常后，基本可判斷隔離開關二次回路發生了故障，并需要通過二次回路進行排查故障。目前隔離開關二次回路故障排查常用的方法有電壓回路法、電阻通斷法、綜合判斷法，以下以某110 kV 間隔杭州西門子MA6型機構的隔離開關二次回路為例進行分析排查[10]。

4.1 電壓回路法

電壓回路法是根據隔離開關二次回路的組成，從電源回路出發，測量控制回路和電動機回路上各點的電壓是否正常，判斷故障的位置和類型。電壓回路法主要使用萬用表的電壓檔位，通過測量點對地電壓或兩點電壓的數值進行判斷，適合于各種交直流回路，具體流程如下：萬用表檢查試驗完好，準備圖紙資料，做好防止隔離開關誤操作措施；根據保護測控屏、開關端子箱、隔離開關機構箱位置假設劃分3個大的故障范圍，通過臨界點的電壓是否正常，不斷縮小故障范圍，最后查找到故障點；端子箱排查。

端子箱排查：①測量1ZK下端無電壓或電壓異常，判斷為空開故障；②若第1項正常，測量885端子排無電壓或電壓異常，判斷為電氣閉鎖回路異常，縮小排查范圍確定故障；③考慮現場端子箱為隔離開關操作點情況，若第1項和第2項正常，斷開電動機電源Q1，切換遠近控把手至“近控”，插入五防鑰匙，分別按下1HA或1FA按鈕，測量X1：430或X1：432端子排無電壓或電壓異常，判斷885至X1：430或X1：432端子排回路異常，縮小排查范圍確定故障。

機構箱排查：①在排除端子箱內故障點后，考慮現場端子箱為隔離開關操作點情況，斷開電動機電源Q1，切換遠近控把手至“近控”，插入五防鑰匙，分別按下1HA或1FA按鈕，觀察接觸器K1或K2的動作情況；②若接觸器K1或K2正確動作，說明隔離開關控制回路無故障，直接進入電動機回路的故障排查；③若接觸器K1或K2不動作，則以接觸器作為分界點進行故障排查，在接觸器K1或K2的A2端子測量無電壓或電壓異常，判斷X1：430或X1：432端子排至接觸器回路異常。接觸器K1或K2的A2端子測量電壓正常，判斷為接觸器故障或接觸器K1或K2的A1端子至1ZK的N極回路異常，縮小排查范圍確定故障；④電動機回路故障排查，首先測量電動機電源Q1下端無電壓或電壓異常，然后檢查電動機熱耦繼電器無異常，再次觀察接觸器K1或K2對應觸點動作的情況，若其中哪部分出現異常，則縮小排查范圍確定故障。如果以上排查都正常，可以通過試聽電動機動作的聲音或測量電阻值判斷電動機是否故障。

4.2 電阻通斷法

電阻通斷法根據隔離開關二次回路的組成，從電源回路出發，測量控制回路和電動機回路上各點之間的回路是否導通或電阻值正常，判斷故障的元件和位置。電阻通斷法主要使用萬用表的電阻導通檔位，通過2個測量點之間導通發出滴滴聲音進行判斷，是適合于各種斷開電源的二次回路，具體流程為萬用表檢查試驗完好，準備圖紙資料，做好防止隔離開關誤操作措施；根據保護測控屏、開關端子箱、隔離開關機構箱位置假設劃分3個大的故障范圍，通過電源端與臨界點之間是否導通，不斷縮小故障范圍，最后查找到故障點。

端子箱排查：①斷開控制回路的上級電源，合上1ZK，測量空開上下端不導通，判斷為空開故障；②若第1項正常，測量881與885端子排兩端不導通，判斷為電氣閉鎖回路異常，縮小排查范圍確定故障；③考慮現場端子箱為隔離開關操作點情況，若第1項和第2項正常，斷開電動機電源Q1，切換遠近控把手至“近控”，插入五防鑰匙，分別按下1HA或1FA按鈕，測量885至X1∶430或885至X1∶432端子排不導通，判斷885至X1∶430或885至X1∶432端子排回路異常，縮小排查范圍確定故障。

機構箱排查：①在排除端子箱內故障點后，考慮現場端子箱為隔離開關操作點情況，斷開電動機電源Q1，切換遠近控把手至“近控”，插入五防鑰匙，分別按下1HA或1FA按鈕，測量430至K1接觸器的A2端子排或432至K2接觸器的A2端子排不導通，判斷430至K1接觸器的A2端子排或432至K2接觸器的A2端子排回路異常，縮小排查范圍確定故障；②若第1項正常，測量K1或K2接觸器的電阻值，在20～150 Ω為正常值，否則為接觸器接觸不良或故障；③若第1項和第2項正常，測量K1接觸器的A1端子排或K2接觸器的A1端子排至1ZK的N極回路不導通，判斷K1接觸器的A1端子排或K2接觸器的A1端子排至1ZK的N極回路異常，縮小排查范圍確定故障；④若第1、2、3項正常，進入電動機回路故障排查，首先電動機回路的斷開上級電源，合上Q1，測量空開上下端，判斷空開是否正常，然后檢查電動機熱耦繼電器無異常，再次測量Q1下端2、4、6端子排至電動機端子X1∶568、X1∶569、X1∶570回路是否導通，判斷Q1下端2、4、6端子排至電動機端子X1∶568、X1∶569、X1∶570回路是否正常，最后測量電動機的電阻值，在20～150 Ω為正常值，否則為電動機內部故障。

4.3 綜合判斷法

綜合判斷法是先進行隔離開關外部排查后，根據隔離開關二次回路的組成，從電源回路出發，針對控制回路和電動機回路的特點，交替使用電壓回路法和電阻通斷法，判斷故障的元件和位置，適合于所有的交直流回路，具體流程:①先進行隔離開關外部排查，核查端子箱、機構箱內部接線是否松動、脫落，各繼電器元件是否完好，測試接觸器及熱耦繼電器的動作，檢查和試驗二次回路的空開、分合停按鈕和遠近控把手；②端子箱內控制回路的故障排查。為了提高效率，優先采用電壓回路法，首先斷開機構箱電動機電源空開Q1,從控制回路1ZK下端開始逐個端子排進行測量電壓，當發現哪個位置無電壓或電壓異常時，說明該位置電源無法導通，即可以直接判斷故障位置；③機構箱內控制回路可交替使用電阻通斷法和電壓回路法，通過端子箱或機構箱內按下1HA或1FA按鈕，觀察機構箱內K1或K2接觸器的動作情況，判斷機構箱內控制回路是否正常，若K1或K2接觸器不動作，則以接觸器為分界點，進行兩部分的故障排查，若K1或K2接觸器正常動作，則說明控制回路完好，可進入電動機回路進行故障排查；④機構箱內機電回路的故障排查，為了提高效率，優先采用為電阻通斷法，首先斷開電動機電源Q1上級電源及控制電源1ZK，然后以熱耦繼電器F1作為分界點，通過手動合上接觸器K1或K2，測量熱耦繼電器與空開回路及熱耦繼電器與電動機回路是否正常，最后測量電動機的電阻值，在20～150 Ω為正常值，否則為電動機內部故障。

在隔離開關二次回路故障排查過程中，電壓回路法、電阻通斷法、綜合判斷法是最常用的故障排查方法，然而這3種方法各有優缺點，因此必須根據故障的現象和二次回路的特點，在做好防止設備誤動和儀器損壞的前提下，正確選用故障排除的方法。

5 結束語

本文對隔離開關二次回路常見的故障進行了全面分析，并針對二次回路故障的原理和特點，總結出3種常用的二次回路故障排查方法，并根據故障的現象進行了排查和驗證，為故障排查人員提供了必要的方向和思路。隔離開關二次回路故障是變電設備運維工作中常見的故障之一，考慮到操作效率和二次回路故障的復雜性和隱蔽性，變電運維人員應深入理解隔離開關二次回路的動作原理，熟悉并掌握故障排查的方法，不斷提高對設備異常故障排查的技能水平，在做好現場的風險分析和預控措施的前提下，選擇最優的故障排查方法，縮小故障排查的范圍，就可以實現減少設備的停送電時間，確保電網安全可靠運行[11]。