電站勵磁交流開關輔助觸點機構故障分析

康曉義，陳昌山，任曉婷

(河南國網寶泉抽水蓄能有限公司，河南 新鄉 453636)

0 引言

斷路器輔助開關是反映斷路器操作機構位置和信號的開關， 常作為二次控制回路的分、合閘控制以及連鎖保護接點，它是斷路器中二次控制回路的關鍵元器件[1]。斷路器失效的原因是多方面的，其輔助開關失效是斷路器失效的主要原因之一，它不僅影響斷路器本身的工作可靠性，還影響控制系統工作的可靠性[2]。勵磁交流開關除了用于給勵磁系統供電外，其輔助觸點還用于自身控制系統、勵磁控制系統以及監控系統，因此其輔助觸點機構的可靠性直接關系到發電機運行的可靠性和穩定性，對于電站安全生產來說，提升勵磁交流開關可靠性是項必要的課題。

1 概況

某抽水蓄能電站工程位于河南省新鄉市輝縣境內，為國家重點建設項目，總裝機容量4×30萬kW共120萬kW。該電站位于電網負荷中心，地處華中電網、華北電網、西北電網的交叉點和支撐點上，承擔電網調峰、填谷、調頻、調相以及事故備用等任務。

該電站勵磁系統由ALSTOM公司提供，型號為P320 AVR V1系列，采用自并勵可控硅靜態勵磁方式，勵磁電源取自機變單元主變低壓側經勵磁變供給。勵磁變與勵磁功率單元間配置一臺勵磁交流開關，為ABB產品E3S-2000系列400 V開關，在功率單元與轉子引線間配置一臺勵磁直流開關，如圖1所示。勵磁交直流開關在勵磁投入和退出過程中是聯合聯分關系。勵磁投入時合閘令作用于交流斷路器，交流斷路器合閘后通過輔助觸點聯動合上勵磁直流開關；勵磁退出時分閘令作用于勵磁直流開關，直流開關分閘后其輔助接點聯動跳開勵磁交流開關。

2 勵磁交流開關輔助觸點機構簡述

勵磁交流開關選型過程中，采用了4副PR121型本體觸點和4副15CO型外擴輔助觸點，一共8副觸點，如圖2所示。因此，輔助觸點聯動機構有兩部分組成，分別為本體輔助觸點聯動機構和外擴展輔助觸點聯動機構。

圖2 勵磁交流開關輔助觸點配置

本體輔助觸點聯動機構主要由輔助觸點端子排和輔助觸點聯動拐臂組成。開關本體分合時內部本體機構傳動卡板聯動輔助觸點聯動拐臂動作，使得輔助觸點隨開關分合而實現變位。

外擴展輔助觸點聯動機構包括本體傳動拐臂、拐臂行程卡板、彈簧、傳動軟線纜固定板、復位彈簧、傳動軟線纜、操作連桿、輔助觸點排等組成。開關本體分合時由內部本體機構帶動傳動拐臂動作，傳動拐臂帶動拐臂行程卡板上下滑動并聯動拉緊或放松傳動線纜，傳動線纜帶動操作連桿實現輔助觸點的分合。

3 故障經過

某日，3號機發電工況啟機時，流程至投勵磁時，監控報警：16:53:49 03GEX_103IA_DI_F 2ND STAGE EXCIT. NORMAL->FAULT;16:53:49 03GTA_001XV_DI_TRP UNIT MASTER TRIP GTA-001XV N-TRP->TRIPPED。

機組勵磁二級故障導致機組轉緊急停機，現地查看LCP上報警信息，只有 Second Stage Excitation Fault即勵磁二級故障一條報警信息，查看圖紙分析可知導致勵磁二級故障的原因有以下5種。

(1) 勵磁正常狀態下勵磁交流開關在分位而勵磁直流開關在合位。

(2) 1號和2號勵磁調節器看門狗均故障。

(3) 1號和2號整流橋脈沖觸發均無效。

(4) 轉子過電壓故障。

(5) 勵磁調節器組態發出跳閘命令。

現地檢查發現，勵磁交流斷路器外擴展輔助觸點傳動軟線纜固定板上固定傳動軟線纜的連接螺栓下端螺母松脫，導致輔助觸點與斷路器本體的機械連接失去聯動，輔助觸點不能正確反饋斷路器在合閘的位置狀態，最終導致交直流開關分合狀態不一致，觸發可導致勵磁二級故障啟動條件中的第(1)類條件。由此判斷輔助觸點傳動軟線纜的固定連接螺栓松脫是本次故障的直接原因。

4 故障分析與處理方法探討

對松脫的傳動軟線纜的固定連接螺栓下端螺母復原發現，在安裝時，此螺帽與螺栓的把合螺紋較少，且沒有防松動鎖緊措施，導致螺母在勵磁交流開關頻繁動作過程中受拐臂行程卡板拉力和振動影響逐漸松脫。由于勵磁投入時合閘命令作用于交流開關合閘回路，交流開關合閘后其輔助觸點聯動啟動勵磁直流開關合閘回路，考慮故障時直流開關已在合閘位，由此判斷該螺母是在直流開關合閘后松脫，最終觸發勵磁二級故障。

為了盡快消除缺陷，恢復機組備用狀態，采用臨時處理措施，對松脫的固定螺栓加墊片并在螺栓端部涂抹螺絲鎖固膠后，經開關分合測試，各信號正常，機組恢復備用。

雖然本次缺陷臨時得到了較為妥當的處理，但通過查看缺陷記錄發現，在機組勵磁系統故障的缺陷中外擴展輔助觸點機構故障占總故障的57.14 %。故障部位涉及本體傳動拐臂、拐臂行程卡板、平衡復位彈簧、傳動軟線纜固定螺母、輔助觸點等幾乎輔助觸點機構的所有構成部件，具體統計詳見表1。雖然可以通過定期檢查維護提前發現并消除一部分缺陷，使得該類故障明顯減少，但由于該輔助觸點機構復雜、中間環節多、薄弱點多，導致各類維保手段的落實仍不能徹底消除故障隱患，嚴重威脅機組的安全可靠運行，亟需研究一種徹底的解決方法。

表1 勵磁系統歷史故障情況統計

5 改造方案

為了徹底消除現有輔助觸點機構隱患，該抽水蓄能電站在充分討論基礎上形成兩種方案，一種為修改機組控制流程，將交流開關保持常閉狀態，勵磁投退只通過勵磁直流開關或功率單元脈沖閉鎖控制實現；第二種為將外擴展輔助觸點機構取消，對開關本體輔助觸點進行升級改造。考慮到第一種方案需要改動程序較多，實施難度大等問題，最終選擇了第二種改造方案。

聯系設備廠家，說明改造需要后，定制了64CO型本體輔助觸點機構，新的本體輔助觸點機構觸點數量較原型號有了較大的擴展，由4副觸點擴展為10副觸點。改造后將圖2中交流開關的8副觸點全部接入定制的輔助觸點機構上，其中4副原取自于斷路器本體的觸點接線接至64CO中(11/12，13/14，21/22，23/24)端子，另外4副外擴輔助觸點15CO的觸點(201/204，211/212，221/224，231/234)接線分別接至64CO中的(43/44，31/32，33/34，41/42)端子，并將外擴展輔助觸點機構全部拆除。

6 結論

抽水蓄能電站在電網中主要起到調峰調頻和事故備用功能，機組運行具有啟動頻繁的特點，對應勵磁交流開關的頻繁動作也對勵磁交流開關輔助觸點機構的可靠性提出了更高的要求。本次勵磁交流開關外擴展輔助觸點機構改造后，新的輔助觸點機構省去了開關本體到外擴輔助觸點中間的復雜機構環節，極大提升了輔助觸點機構動作可靠性，使原外擴展輔助觸點機構隱患得以徹底消除。由此得出，盡可能減少斷路器輔助觸點機構中間環節是提升斷路器輔助觸點機構可靠性的有效手段，這為今后斷路器選型或輔助觸點機構改造提供了經驗借鑒。