一種刀閘輔助開關切換不到位情況探討與原因分析

云南電網有限責任公司文山供電局 李 云

輔助開關作為電力系統內一次設備和二次設備的連接樞紐，為保護、測控等二次設備傳達一次開關、刀閘的位置，可見輔助開關不只是一般的輔助設備。其中帶速動機構的輔助開關廣泛應用于電力系統中的隔離開關、接地開關的操作機構中。而隔離刀閘、接地刀閘是電網中使用數量最多的電氣設備，刀閘輔助開關的產品質量和運行維護質量直接關系到電力系統的安全運行[1]。

一變電站自投運以來多次報出隔離開關、接地開關“雙位置出錯”報警等信號，多次倒母操作因母線側隔離開關操作后報“不定態”而暫停操作。現場檢查情況如下：故障設備是帶速動機構的輔助開關，檢查發現輔助開關底部定位擋片間有4mm左右間隙，表示輔助開關切換不到位，所有常開、常閉接點均未導通，拆下輔助開關進行手動轉動檢查，輔助開關切換正常，進一步檢查發現輔助開關與機構轉軸同軸度存在不同程度的誤差（圖1），校正后輔助開關切換可靠。

圖1 輔助開關與機構轉軸同軸度存在誤差

1 故障原因分析

如圖2所示，儲能快速機構由轉動圓軸帶動轉板轉動，扣板通過法蘭與輔助開關轉子連接，轉板與扣板兩側均帶兩個限位塊與扭簧組裝在一起。依靠限位塊使扭簧蓄力,蓄力轉角達到限位時,扭簧釋放所儲能量帶動方軸與轉子迅速動作。溝板起到定位作用，讓轉子轉動前后可靠固定（圖3）。

圖2 儲能快速機構內部結構

圖3 速動機構動作情況

機構輸出0°為分合閘初始狀態；機構輸出0～75°機構帶動輔助開關儲能快速機構轉軸轉動，扭簧一端卡在扣板的擋塊上、一端隨轉板轉動使扭簧儲能，速動機構轉軸轉動到45°，轉板開始帶動扣板徑向移動逐漸減小扣板與溝板受力面積。

速動機構轉軸轉動到75°時（切換前）扣板與溝板受力面積受力面最小值，扭簧儲能達最大值釋放所儲能量，隨后儲能扭簧所儲能量釋放帶動扣板、扣板帶動方軸、方軸帶動轉子快速轉動，從儲能扭簧釋放能量至切換完成用時不到100ms。此期間機構轉軸與轉板前行角度很小。扣板（轉子）在轉動到75°時儲能扭簧能量也在釋放完，仍依靠慣性繼續旋轉至90°位置，扣板與溝板限位作用固定于90度位置上，完成輔助接點的快速切換，此過程儲能扭簧被反向壓縮，故出現儲能角度為負數的情況下，高速相機捕捉到的輔助開關切換到位瞬間扭簧反向壓縮。故障時，切換動作過程中阻力過大將導致扣板動能不足，扣板與轉子未能旋轉90°、停留在中間位置，通過底部限位塊判斷，基本都是轉動到75°左右。

切換過程中受力分析如下：

輔助開關轉動軸分為上下兩個部分，分別為上部速動機構轉動圓軸，下部帶動輔助開關轉子轉動的方軸，圓軸通過底部的凸起與方軸頂部凹槽連接。通過測量，儲能快速機構轉軸與方軸間間隙小于0.04mm、輔助開關轉軸與內壁間間隙小于0.4mm、儲能快速機構轉軸與防塵帽間間隙小于0.04mm，以此判斷，當輔助開關方軸與機構轉軸同軸度誤差大于0.4mm時，將會使圓軸與方軸連接處以及轉子與定子間產生徑向壓力，轉動時產生摩擦力。

正常切換時，輔助開關切換過程中只受到設計本身固有的阻力，此阻力僅受到接觸面間的潤滑情況影響。固有阻力在溝板曲線最高點最大；當機構轉軸與輔助開關轉軸同軸度誤差大于0.4mm時，將導致儲能快速機構轉軸底部與轉子方軸連接處、以及轉子與定子間產生壓力，轉動時產生摩擦阻力，同軸度誤差越大摩擦阻力越大。當轉子受到的摩擦力達到一定程度時，儲能扭簧的能量不足以克服所有摩擦力做功時，轉子沒有轉到90°位置就停留在中間位置，且在機構后續轉動提供的扭力仍不足以使其繼續轉動，就將導致輔助開關切換不到位。

2 刀閘輔助開關切換不到位風險及防范措施

2.1 刀閘輔助開關切換不到位風險分析

以母線側隔離開關為例，每個回路的保護、儀表、自動裝置的二次電壓，都是由母線電壓互感器經過自身的母線隔離開關輔助觸點供給。輔助接點位置狀態作為開關量引入裝置內部，形成母線運行方式，用于切換差流回路和出口回路，從而輔助接點輔助接點開關量輸入回路的可靠性也就制約了母差保護的可靠性和選擇性。

目前普遍采用的雙母線接線方式中，母線側隔離開關的常開常閉接點分別接到雙位置繼電器（YQ）的，再通過雙位置繼電器的接點接至電壓切換回路、母線保護等。雙位置繼電器的工作原理：兩個線圈分別串接一個觸點、一常開一常閉,無電時通過永久磁鐵的作用力使銜鐵固定在初始位置上,當給常閉接點所在線圈加電時,線圈得電使銜鐵動作,動作后由永久磁鐵將其固定在動作后位置上,同時銜鐵動作使兩線圈的串聯接點位置切換,原來的常閉接點打開使線圈失電而原常開接點閉合,所對應的線圈處于準備得電動作。由于是靠磁鐵機械保持,因此控制電源消失后其位置會保持在控制電源消失前的狀態,不會像電保持繼電器一樣失電后恢復至原始狀態。

此類輔助開關切換不到位缺陷為輔助開關轉子轉動角度不到90°，常開常閉觸點均處于斷開狀態，導致雙位置繼電器線圈失電保持在變位前狀態，主要影響如下：

線路停電操作結束后，斷開母線側隔離開關時輔助開關切換不到位，電壓切換繼電器仍處于動作狀態，保護裝置電壓回路仍然帶電，若未及時發現可能造成檢修人員觸電、引起PT二次空開跳閘，進而可能導致正常運行的線路、母線阻抗保護誤動作；線路送電操作過程中，合上母線側隔離開關時輔助開關切換不到位，造成線路保護裝置“PT失壓”未復歸，若未發現，合上斷路器時將導致線路阻抗保護誤動作；在倒母操作過程中，先合拉開位置的隔離開關時輔助開關切換不到位，此時保護電壓未并列，仍只由原運行方式提供，未及時發現，繼續操作拉開合位隔離開關時將導致線路保護“PT失壓”、可能導致阻抗保護誤動。

在倒母操作過程中，先合拉開位置的隔離開關時輔助開關切換正常，切換繼電器同時動作，此時Ⅰ、Ⅱ母保護電壓正常并列，繼續操作拉開合位隔離開關時輔助開關切換不到位，將導致Ⅰ、Ⅱ母保護電壓異常并列，母線保護裝置長期維持互聯狀態，一旦發生故障同時切除兩段母線，這樣就會造成事故擴大。若果繼續進行停一條母線操作，母聯斷路器斷開后，若PT二次空開未斷開，通過母線電壓互感器二次的并列點將向停電母線反充電，同樣會引起電壓互感器二次熔斷器熔斷或二次空開跳閘，中斷兩母線上全部設備保護的二次電壓，甚至引起阻抗保護誤動。

當母線所連的某斷路器失靈時，由該斷路器或元件的失靈起動裝置提供一個失靈起動接點給母差保護，母差保護檢測到某一失靈起動接點閉合后，起動該斷路器所連的母線失靈出口邏輯，經復合電壓閉鎖后，按整定的“失靈出口短延時”跳開母聯斷路器，“失靈出口長延時”跳開該母線連接的所有斷路器。

由此可見某一支路輔助接點的位置在失靈保護中起到重要的作用，若某一支路的輔助接點實際運行于Ⅰ母，而因為輔助接點輔助接點切換不正確，而使保護裝置讀入的位置為Ⅱ母將造成嚴重后果，若該支路線路故障而斷路器拒動，則失靈保護將跳開母聯開關及與Ⅱ母連接的所有斷路器，而故障并沒有切除，將由Ⅰ母上各支路對側斷路器二段保護跳開，切除故障，這樣將會延緩故障切除時間，同時也使停電范圍擴大。

2.2 防范措施

在倒母線操作中，應注意兩母線刀閘同時處于合位，相應分路光字牌“切換繼電器同時動作”明亮，再拉開一組母線刀閘此光字牌熄滅。在運行中，若出現兩組母線側刀閘輔助觸點同時斷開，其相應分路的“PT失壓”光字牌會明亮；在輔助接點操作過程中，運行人員應嚴格檢查輔助接點切換是否正確，除檢查母差保護裝置外還應檢查該支路的保護裝置，確保輔助接點切換正確；當操作過程中發現輔助接點接觸不良時應立即停止操作，處理正常后方可繼續進行。

在倒母線過程中，若發現輔助接點切換不良、短時間無法查明原因時，可將對應支路的強制開關強制打到正確位置，然后按屏上“刀閘位置確認”按鈕通知母線保護裝置讀取正確的刀閘位置（此時的刀閘位置為模擬狀態），保證母線保護在此期間的正常運行。當輔助接點恢復正常后必須及時將強制開關恢復到“自動”位置；母線PT停電時，Ⅰ、Ⅱ母PT二次并列后，斷開停電PT二次空開，測量空開確已斷開后再拉開PT隔離開關，防止反送電。PT送電時，合上隔離開關后測量二次空開上下側電壓正常，再合上PT二次空開，防止相應保護、儀表及自動裝置失壓。

綜上所述，隔離開關輔助接點正確動作對保護的正確動作起著至關重要的作用，但只要在隔離開關操作后認真檢查輔助接點的位置切換情況，發現異常及時處理，就能有效避免由于輔助接點的原因而造成保護裝置動作不正確的現象，確保設備的安全運行。

3 處理建議

作為檢修人員到現場不停電處理此類缺陷時，應熟悉上述風險，采取有關措施，防止故障進一步擴大，或運用二次措施單采取拆線、短接的方式將輔助開關正確的狀態位置向二次設備傳遞，將故障輔助開關隔離出來處理；檢查輔助開關安裝誤差時，分別從正面和側面測量刀閘機構與輔助開關轉軸的同軸度誤差，應盡量調節到0.4mm以內，根據分析若〈0.4mm轉動時才完全不導致輔助開關徑向受力而產生摩擦阻力。

操作機構廠家設計時，輔助開關固定方式應設計可上下、左右、前后多角度調節方式，便于安裝時高精度調節輔助開關位置，減小安裝誤差；現場處理此類缺陷時，對于輔助開關固定方式難以改變徑向誤差，但軸向有調節裕度時，對采取在輔助開關與離開關機構軸向連接處加裝可以消除一定范圍內同軸度誤差影響的聯軸器，可有效節省缺陷處理時間，提高輔助開關動作可靠性。

4 結語

輔助開關作為電力系統內一次設備和二次設備的連接樞紐，其切換不到位的情況卻頻繁發生，讓電網安全受到了嚴重威脅，應向機構箱廠家設計、加工以及安裝等環節提出相關要求降低輔助開關安裝位置誤差，將輔助開關與機構轉軸的同軸度誤差降至最低，從源頭上降低輔助開關切換不到位的風險，工作人員要保持一種高度的責任心和嚴格的工作態，在設備運維過程中、尤其是操作隔離開關后認真檢查輔助接點的位置切換情況，發現異常及時處理，就能有效避免由于輔助接點的原因而造成保護裝置動作不正確的現象，確保設備的安全穩定運行。