某6 kV開關柜故障分析

蔡 林

(珠海深能洪灣電力有限公司，廣東 珠海 519060)

某燃氣輪機電廠配置兩套PG9171E型聯合循環機組于2005年投產。廠用電系統采用6 kV雙母線分段運行，開關柜型號為VC-V12，配置HS3110M-16/12MF-C型斷路器。由于設備運行年限長，運行環境較差，近年來開關柜故障頻率升高，降低了廠用電系統可靠性。筆者對故障現象進行分析，查找故障原因，提出解決方法。

1 故障現象

1.1 快切裝置切換失敗

廠用電6 kV雙母線主接線如圖1所示。

圖1 6 kV雙母線主接線示意圖

快切裝置為SID-8BT-A型，切換前廠用電6 kV母線分段運行，執行由分段運行切換至并列運行。快切模式為并聯自動切換，即先合上備用分支聯絡斷路器，確認備用分支聯絡斷路器合上后再跳開備用分支工作斷路器。如圖1所示，裝置合上備用分支聯絡斷路器2DL正常，位置反饋正常，合環運行500 ms后發跳備用分支工作斷路器1DL令，發令356 ms后收到備用分支工作斷路器1DL跳位反饋，表明斷路器1DL實際已跳開，但反饋時間超過快切裝置分合閘檢測時間(200 ms)，裝置仍判斷分閘失敗，解耦合啟動，跳開已經合上的備用分支聯絡斷路器2DL，快切切換失敗。此時備用分支母線的工作斷路器1DL、備用分支聯絡斷路器2DL均已分閘，造成備用分支母線失壓，負荷損失。

1.2 分閘失敗線圈燒壞

同類型6 kV斷路器正常分閘時，遠跳指令發出后斷路器實際無動作，分閘位置無反饋，現場開關柜冒煙伴有糊味，立即斷開操作電源，手動機械分閘，檢查發現斷路器分閘線圈燒壞，斷路器分閘機構和主回路并無其它明顯異常。初步判斷分閘線圈在分閘指令導通時帶電，電磁鐵鐵芯在電磁力作用下并未推動脫扣機構，致使線圈長時間帶電發熱燒壞。

2 故障分析

2.1 快切裝置切換失敗原因

因快切過程中切換失敗的斷路器跳位反饋異常，首先檢查分閘操作回路。斷路器分合閘操作回路電源為直流220 V，測量分閘回路對地絕緣電阻大于100 MΩ，測量分閘線圈直流電阻125 Ω，對比歷史數據無明顯變化，分閘線圈在更換周期內。檢查斷路器操作回路二次插頭接觸良好，斷路器位置反饋輔助開關隨主回路動作時通斷正常，反饋回路電纜對地絕緣正常，檢查分閘指令分合均正常，分閘回路在斷路器合位時準備就緒。

對斷路器進行分合閘時間特性試驗，連續三次試驗數據如表1所示，合閘時間在合格范圍內(30～70 ms)，分閘時間遠超出合格范圍(22～60 ms)，甚至超過快切裝置斷路器分合閘檢測時間定值(200 ms)。

表1 斷路器分合閘時間特性試驗

測試操作機構分閘最低動作電壓為163 V(74%操作額定電壓)，規程要求最低動作電壓應在操作額定電壓值的30%～65%[1]，當操作額定電壓是直流220 V時范圍為66 ～143 V，實測值超出此范圍。

從上述試驗可知，分閘時間過長，最低動作電壓較大，對應脫扣電流升高，動作電磁力增大，須要克服脫扣機構阻力增大。分閘時間隨著分閘次數增加呈下降趨勢，說明分閘脫扣機構靈活性在多次動作后較之前有明顯改善。由此判斷分閘脫扣機構靈活性下降是斷路器分閘時間過長的主要原因。

2.2 分閘失敗線圈燒壞原因

由快切裝置切換失敗分析方法檢查斷路器可知，分閘脫扣機構靈活性下降是分閘失敗線圈燒壞的誘因，直接原因是分閘線圈長時間帶電導致線圈發熱量劇增。如圖2所示，正常分閘操作時，遠跳信號接點閉合導通分閘控制回路，斷路器分閘后輔助常開觸點S1斷開分閘控制回路，分閘線圈失電。一旦斷路器無法正常分閘或者輔助常開觸點S1無法正常斷開，分閘線圈的帶電時間就等于分閘指令接點閉合時間，指令時間過長導致線圈長時間帶電直至線圈燒壞。

圖2 斷路器分閘控制回路

3 故障處理

3.1 斷路器分閘執行機構

根據故障記錄統計，出現上述故障現象的斷路器月平均動作次數小于2次，屬于不頻繁操作斷路器，有的甚至長達半年時間不操作；配電室環境相對惡劣，溫濕度、潔凈度等無法保持恒定。設備使用說明書明確規定周圍溫度不得高于+40 ℃、濕度不大、無過多塵埃，但現場環境很多時候達不到要求，這就導致脫扣機構內部傳動及摩擦部位潤滑度受環境影響，摩擦阻力增大，出現脫扣動作時間增大甚至拒動現象。

脫扣機構機械性檢測周期為1次/3年或1次/6 000次，檢測各部位是否生銹、變形，清掃塵埃，在適當部位加注油脂，使用二硫化鉬礦物油系潤滑膏，避免使用普通鋰基潤滑脂，因為二硫化鉬鋰基潤滑脂的機械安定性、氧化安定性、熱穩定性、抗水性及抗磨性更加優良[2]。對脫扣機構傳動及摩擦部位加注潤滑油脂，并多次分合閘，讓油脂充分潤滑機構，再次做分合閘特性試驗，分閘時間均小于40 ms，分閘時間明顯縮短。

斷路器動作次數少，現場環境惡劣，潤滑油脂功效會有所降低，在無法改變設備運行環境情況下，可縮短檢測周期，進行機械特性試驗和機械操作試驗，還應對斷路器進行繼保整組試驗，試驗結果須滿足規范要求。隨著設備運行年限增加，可更換脫扣機構，延長斷路器使用壽命，提高動作可靠性。

3.2 斷路器分閘回路

手動機械分閘斷路器能正常脫扣，說明分閘電磁鐵鐵芯與脫扣彎板接觸良好，距離適當，安裝位置正確。設備投產時原裝分閘線圈直流電阻為210 Ω，分閘脫扣電流約1 A，符合設備原始設計參數。因出現過分閘脫扣機構電磁力不夠導致斷路器拒動，設備廠家建議更換直流電阻為125 Ω的線圈，對應分閘脫扣電流1.76 A。電流增大，電磁力矩相應增加，動作可靠性提高，但單位時間內線圈發熱量也成倍增加。

分閘時間是電磁鐵、脫扣機構及主回路動作時長之和，要求不大于60 ms，理論上指令延時不小于60 ms就能保證可靠動作。設備說明書中分閘指令時長建議不超過1 s，由于更換較小阻值后的線圈發熱量相對增加，如果指令時長在保證可靠動作情況下適當縮短，可以減少分閘線圈發熱量，大大降低線圈燒壞概率。

3.3 快切裝置調整

快切裝置斷路器分合閘檢測時間定值為200 ms，是在充分考慮斷路器分閘時間及輔助觸點動作時間后設定[3]。如果控制電纜過長，考慮電容電流和感應電壓導致斷電電壓衰減時間變長，在無法更換電纜情況下可適當放大定值。現場控制電纜長度不超過50 m，且屏蔽層接地良好，受影響可能性較小，如果放大分合閘檢測時間定值，可能導致工作分支和備用分支母線合環時間過長，造成設備損壞。因此，在確認斷路器分閘無異常時再考慮電纜因素，否則不能隨意調整定值。

4 結語

6 kV斷路器是廠用電源重要設備，故障后果嚴重，特別是拒動會擴大事故，線圈燒毀可引發火災，造成無法估量的損失。隨著斷路器使用年限增加，電氣回路、機械結構難免出現各種問題，反映出的異常現象也不盡相同，有時無法快速準確判斷故障，可通過試驗和分析找出問題所在。在設備維護中，細化定檢項目，縮短維護周期，擴大檢測范圍，適當更換備件，以延長設備壽命。運行加強設備巡視，做好事故預想，都能提高設備可靠性。