一種基于改變線圈結構解決斷路器分合閘穩定性的方法

蔣浩晨

(國網湖北省供電有限公司武漢供電公司，湖北 武漢430050)

高壓斷路器，不僅可以切斷或閉合高壓電路中的空載電流和負荷電流，而且當系統發生故障時可通過保護裝置切斷過負荷電流和短路電流，它具有相當完善的滅弧結構和足夠的斷流能力，是電力系統中的重要設備。斷路器性能的可靠性很大程度上取決于操作機構的可靠性。據統計，操作機構故障占斷路器總故障發生比例約為50%，而分合閘線圈是其操動機構的關鍵部分，反應了其運動特性。下面就一臺110 kV斷路器在倒閘操作過程中出現延遲分閘的故障原因進行分析，并在分析后給出解決方法。

1 故障過程

某110 kV變電站內一臺110 kV斷路器由運行轉檢修時，操作人員執行分閘操作命令，斷路器未正常動作，操作后臺發“斷路器控制回路斷線”信號。21 s后，斷路器分閘，同時重合閘動作，開關再次合閘。

2 現場檢查情況

故障發生后，變電站運維人員立即檢查一二次設備情況，包括發生故障時的保護信息，開關位置，及故障錄波信息等，核對保護信息屬實，保護裝置正確動作，開關實際位置與系統接線圖顯示一致。

現場經過檢查，保護裝置接線正常，五防操作系統接線正常，運維人員操作順序和方式正常，初步判斷開關機構本體存在故障。檢修人員對斷路器進行機械特性試驗，主要測試項目時斷路器的啟動電壓和機械特性。測試中發現，斷路器在分閘與合閘過程中，啟動電壓均由180 V逐漸降低至100 V左右，最后保持穩定。在啟動電壓穩定后，檢修人員又對斷路器的機械特性進行檢測，發現斷路器的合閘時間數據存在離散性，分閘時間可以基本保持穩定，其時間數據如圖1、圖2所示。

圖1 合閘時間折線變化圖

圖2 分閘時間折線變化圖

由于斷路器設有2套分閘線圈，并且動作原理不同，不是共鐵芯結構，所以對2套分閘系統分別進行機械特性試驗，結果發現主分閘（故障時動作的分閘系統）分閘時間不穩定，而備用的分閘系統時間能夠保證在合格范圍內且動作穩定。

3 故障原因分析

經過檢修人員現場分析，發現故障主要原因存在于斷路器分合閘線圈的鐵芯結構和機構摯子脫扣方式上。

現場檢查時發現，開關二次回路、繼電器及機構凸輪等部件檢查未發現問題，線圈電阻78 Ω，功率為500 W。符合出廠技術要求。

但線圈鐵芯周圍存在大量鐵屑和灰塵等雜質，且手動拉拽動磁鐵時有卡澀現象，特別是首次拉拽時卡澀現象比較明顯，連續多次拉拽后線圈分合閘恢復正常，這也是開關在延遲分閘后，現場人員檢查未發現任何異常的原因。

同時，檢修人員發現，分閘線圈鐵芯與分閘扣板間連接不緊密，無法保證在最佳位置拉動分閘扣板，分閘扣板不能保持在水平位置時，分閘時間就會出現波動，如圖3所示。

圖3 斷路器分閘脫扣裝置

據此判斷：故障開關操作裝置發出跳閘令后，開關分閘線圈勵磁，但由于動靜磁鐵卡滯造成開關暫時拒動。待20 s后，線圈鐵芯的克服機械應力開關分閘，分閘時間較長同時操作中未退出重合閘壓板，開關重合閘動作。斷路器分閘脫扣處摯子動作形式不合理，分閘脫扣器與摯子之間連接不牢靠，在脫扣器角度不正確的情況下，會發生分閘時間過長的情況。

4 處理措施

針對斷路器存在的問題，存在以下幾種解決方式，包括更換斷路器機構、更換分合閘摯子、更換改進的分合閘線圈等3種方法。下面針對以上3種解決辦法進行探討。

4.1 更換斷路器機構

解決斷路器分合閘出現的故障，在排除斷路器極柱和本體存在故障的可能后，更換機構是一種比較徹底、比較完全的解決辦法。但更換斷路器機構工作時間一般在4～5天，同時工作中須要使用吊車等特種車輛，施工難度較大、作業風險較高、安全風險較大，與此同時也會造成設備停運時間較長，給電網運行帶來較大負擔。一般而言，更換斷路器機構適用于機構存在多處故障，如機構卡澀、二次元器件老化等，并且原機構已無維修價值。本次斷路器故障在判斷故障位于分合閘線圈和脫扣裝置后，整體更換斷路器機構意義不大。

4.2 更換分合閘摯子

本次故障中，斷路器線圈在得到動作指令和電流啟動后未能正常帶動摯子脫扣運動，更換整套分合閘摯子也是一種行之有效的辦法。

更換分合閘摯子需要兩天停電時間，同時須要拆除機構內彈簧、凸輪等機械部件，需要多名專業技術人員共同參與。考慮到該型斷路器在電網中運行數量較多，更換分合閘摯子帶來的停電風險和成本壓力同樣較大。

4.3 更換改進的分合閘線圈

分合閘線圈結構不合理是本次故障的主要原因所在，僅更換分合閘線圈可以解決本次故障中暴露的問題。根據現場實際故障情況，我們認為更換改進型分合閘線圈可以解決問題。確定更換的線圈為156 Ω，功率400 W，無須配合更換分合閘摯子和機構即可滿足原有分合閘時間和速度。同時將斷路器的主分閘線圈設置為脫扣裝置下方的線圈，該線圈鐵芯動作時，鐵芯向上推動脫扣裝置帶動斷路器分閘，避免了位置不對應造成的分閘應力過大的問題，如圖4所示。

圖4 更換后的斷路器線圈

這種解決辦法從成本、施工作業風險和停電帶來的電網風險等多個角度來講性價比最高。但缺點也比較明顯，使用改進形式的線圈，須要保證新線圈與原有機構的脫扣器和分合閘摯子完全匹配，在確保能夠正常分合閘的情況下同時保證分合閘啟動電壓、分合閘速度和分合閘時間滿足運行和繼電保護動作要求。

5 結束語

斷路器故障導致的事故在變電站運行過程中偶有發生，排除存在家族性、設計性缺陷的斷路器外，其余的斷路器故障都是若干小概率事故疊加造成的。本文的價值不僅僅在原因分析，更在于為其他不同型號斷路器出現分合閘卡澀情況提供了一種解決辦法，通過改善和更換分合閘線圈，改進分合閘線圈鐵芯以及脫扣方式、合理使用主副分閘系統，從而保證斷路器的可靠動作和穩定運行。同時本文也從變電設備和繼電保護的角度分析了故障原因，為日后的檢修與運維起到了一定的指導作用。