一起110 kV敞開式隔離開關合閘失敗原因分析

郭 楊，高世宇，陳 昊2，余 爽，李義峰

(1. 國網江蘇省電力有限公司超高壓分公司，江蘇 南京 211102；2. 國網江蘇省電力有限公司南京供電分公司，江蘇 南京 210019)

0 引 言

隔離開關作為電網重要的一次電氣設備，廣泛應用于各電壓等級變電站及換流站。隔離開關在電網中的重要作用主要有：1)倒閘操作，改變電氣設備的運行方式；2)隔離帶電設備，形成明顯斷開點，并與其具有閉鎖關系的接地開關配合使電氣設備可靠接地，便于安全可靠地開展各類檢修、試驗、消缺工作[1]。

隔離開關數量眾多，操作頻繁，易出現設備缺陷，如隨著運行年限的增加、設備性能的老化，隔離開關經常會出現觸頭發熱、絕緣子瓷瓶損壞、傳動機構卡澀異響等缺陷。嚴重情況下，隔離開關可能發生操作拒動，因隔離開關拒動，將造成設備不能及時停役進行檢修工作，或不能及時恢復運行，影響電網的接線方式及調度執行發輸電計劃。尤其是在隔離開關轉動過程中突然停止，會產生拉弧情況，危急人生安全，造成跳閘事故。及時查明故障原因，消除缺陷，對縮短停送電時間，提高設備可靠性具有重要意義。因此，對隔離開關操作異常的分析處理，長期以來是變電運維檢修工作者的的研究熱點。文獻[2—3]分析了隔離開關因機械結構設計不完善造成操作失敗的案例，并提出了相應的處理措施。文獻[4—7]對隔離開關操作控制回路進行了梳理分析，并對異常問題提出了針對性的整改措施。以上文獻僅從單一方面分析了操作失敗的原因，并未能從一般意義上闡明故障異常排查和處置的過程，未形成具有實用性的消缺方法。

下面結合某特高壓變電站內GW55-126DⅡ型隔離開關合閘失敗事件，介紹完整的隔離開關操作異常排查處置流程，并提出有針對性的改進措施。

1 隔離開關正常操作及異常處置流程

1.1 遙控操作流程

相對于傳統500 kV變電站采用的無人值班、少人值守的監控中心集中監控模式，在運的1000 kV特高壓變電站一般采取運維人員駐站，站內人員自行監控值班的模式[8—11]。站內包括斷路器、隔離開關、接地開關等一次電氣設備的倒閘操作采用站端變電運維人員遙控的方式進行。首先，主站操作人員通過后臺操作員下發遙控操作命令，經過網絡傳輸設備轉換并經傳輸通道傳輸至現場測控裝置；該指令經測控裝置響應判斷，導通相關二次遙控回路，驅動現場一次設備出口執行，一次設備操作成功[12—13]。完整的遙控流程如圖1所示。

圖1 隔離開關遙控操作流程

1.2 防誤操作閉鎖

依據《變電站電氣設備倒閘操作規定》和《電力安全工作規定》，為防止電氣設備發生誤操作，站端采用后臺模擬預演閉鎖、監控后臺五防閉鎖、測控裝置邏輯閉鎖、開關匯控箱電氣閉鎖，外加機構本體機械閉鎖等復合多重化防誤閉鎖功能[14—16]。各閉鎖功能之間為串聯關系，只有所有閉鎖關系均滿足，隔離開關才能動作變位，其閉鎖關系原理如圖2所示。

圖2 隔離開關防誤操作閉鎖原理

1.3 操作異常統計與處置流程

經長期的運行經驗及設備缺陷異常統計，造成隔離開關操作失敗的常見原因主要有防誤閉鎖關系、本體機構、操作控制回路三大類[17—19]，其具體原因如表1所示。

表1 隔離開關操作異常原因統計

針對這些異常，結合隔離開關遙控操作流程和防誤閉鎖原理制定了具有實用性的一般處置流程，如圖3所示，便于查找故障點，消除缺陷。

圖3 操作異常一般處置流程

2 操作失敗案例情況

某1000 kV特高壓變電站2號主變壓器及110 kV設備區年度檢修工作結束后進行設備復役操作，在操作過程中相繼發生了2號主變壓器110 kV Ⅳ母線1147接地開關分閘不到位和同一間隔2號主變壓器1143低壓電抗器11431隔離開關合閘失敗的異常現象。2號主變壓器及110 kV設備接線方式如圖4所示，圖中黑框內為操作異常設備。

2.1 操作失敗過程

在2號主變壓器復役過程中，監控后臺遙控拉開2號主變壓器110 kV Ⅳ母線1147接地開關后，監控后臺顯示1147接地開關位置不確定，測控裝置無法采集到接地開關的位置接點信號?，F場檢查未見異常，初步推測一次設備可能操作未到位。因此，在1147接地開關機構箱內進行就地電動操作，在進行一次合閘、分閘操作后，監控后臺顯示接地開關在分閘位置，1147接地開關分閘到位，位置不確定狀態消失，異常消除。此后，依次遙控合上11411隔離開關、11421隔離開關，當執行合上11431隔離開關指令時，發現監控后臺合閘指令無法下發至一次設備，即圖1中的前3個環節均已執行成功，但最后兩個環節執行失敗。

2.2 現場處置過程

發生11431隔離開關合閘異常情況后，根據如圖3所示的倒閘操作設備異常處置流程進行了如下處理。

步驟1：重新檢查調度下發操作指令的正確性，梳理了倒閘操作票的操作順序，并確認正確無誤。

步驟2：檢查監控操作后臺報文，確認沒有異常告警信息，并確認后臺五防閉鎖關系滿足要求。

步驟3：至現場保護小室，檢查確認遙控操作指令已下發至測控裝置，且測控裝置上邏輯閉鎖關系滿足要求。

步驟4：至一次設備區，對11431隔離開關外觀進行檢查，發現設備無轉動跡象，其兩側114317、1147接地開關均在拉開位置，對隔離開關機械閉鎖開放。隨后，進行現場手搖操作，隔離開關可以正常合上、分開，確認一次設備各傳動機構狀態良好。

步驟5：對11431隔離開關機構箱開箱檢查，確認電動機無發熱發燙，各元器件無焦糊現象，隔離開關操作電源與電動機電源均在合位。鑒于檢查無異常，在隔離開關機構箱內進行就地電動操作，但電動機無響應，推斷可能是隔離開關控制操作回路存在異常。根據控制操作回路圖(如圖5所示)，檢修人員用萬用表對合閘回路進行分段測量，排查消缺。測量圖5中藍色回路所示的各接點，依次測量各元件兩端電位，發現19號端子與20號端子之間的電位差為交流220 V?；芈氛Ｇ闆r下，該兩點之間應為等電位，因此將故障點定位在這兩點之間。根據回路標識，該兩點之間為11431隔離開關的外部聯鎖回路。

步驟6：根據11431隔離開關閉鎖關系的構成和外部聯鎖回路梳理，19號端子與20號端子之間的回路及端子位置如圖6、圖7所示。用萬用表依次測量了1143斷路器、114317、1147、110417接地開關機構箱內接入閉鎖回路的位置接點。發現這4組接點中，只有1147接地開關機構箱內X1:7接點與X1:8接點未導通，進一步測量發現其對應行程開關的常閉接點SAUX:6與SAUX:8未閉合，說明接地開關在分閘情況下，行程開關行程未到位。這與此前1147接地開關分閘不到位，監控后臺位置顯示不確定的異常情況相吻合。隨后，用搖把插入1147接地開關機構箱手動分合閘插口，并往分閘方向輕微搖動，將行程開關行程走完，而后測量接地開關位置接點(7—8)發現其導通，再測量11431隔離開關閉鎖回路首尾端子(19—20)亦呈導通狀態。

圖4 2號主變壓器110 kV Ⅳ母線各間隔一次設備接線

圖5 11431隔離開關控制操作回路

圖6 外部聯鎖回路

隨后，在11431隔離開關機構箱進行就地電動操作，隔離開關順利合上。但為何與1147接地開關構成電氣閉鎖關系的11411、11421隔離開關能先行正常合上仍是需要分析的問題。

圖7 11431隔離開關機構箱X2端子排外部聯鎖回路首尾端子(19—20)

3 案例分析

3.1 電氣閉鎖關系

根據設計圖及圖4的一次拓撲，2號主變壓器110 kV Ⅳ母線各間隔隔離開關電氣閉鎖關系如表2所示。由表2可知，11411隔離開關、11421隔離開關、11431隔離開關、11441隔離開關與1147接地開關均構成電氣閉鎖關系。

表2 2號主變壓器110 kV Ⅳ母線各間隔電氣閉鎖關系

3.2 1147接地開關機構分析

1147接地開關型號為GW55-145D，工作方式為三相電動機械聯動式。其機構箱內的行程開關(SAUX)共有10對常開接點和10對常閉接點。根據設計圖紙和現場電纜標識，有1對常開接點和1對常閉接點輸入至2號主變壓器110 kV Ⅳ母線無功設備測控裝置，用于構成相關設備間隔的邏輯閉鎖、五防閉鎖，并用于監控后臺位置顯示；另有5對常閉接點分別用于1143低壓電抗器間隔、1141低壓電容器間隔、1142低壓電容器間隔、110 kV 3號站用變壓器間隔、1104斷路器間隔的電氣閉鎖回路，具體的接點編號及用途如表3。

表3 1147接地開關行程開關接點編號及功能用途

3.3 11431隔離開關合閘異?；芈贩治?/h3>

從11431隔離開關控制操作回路圖可知，該隔離開關正常分合的前提條件是其機構箱內X2端子排上連接于外部聯鎖回路的19—20號端子導通，如圖5、圖7所示。外部聯鎖回路包括邏輯閉鎖回路和電氣閉鎖回路，如圖6所示。從前述故障分析處置過程可得，11431隔離開關的邏輯閉鎖回路導通，而電氣閉鎖回路因1147接地開關機構箱內X1端子排7—8號端子未導通，進而造成11431隔離開關控制操作回路圖中外部聯鎖19—20號端子未導通，控制操作回路斷開，致使11431隔離開關無法合閘。

又從表3可知，除1147接地開關機構箱內X1端子排上7—8號常閉接點串接在11431隔離開關電氣閉鎖回路外，還有另外4對常閉接點11—12、15—16、19—20、22—24分別串接在11411、11421、11441、11041隔離開關的電氣閉鎖回路中，如圖8、圖9所示。當執行分開1147接地開關操作后，串接于11411、11421隔離開關電氣閉鎖回路的1147接地開關的另外2對行程開關常閉接點10—12、14—16正常閉合，這兩把隔離開關的合閘回路正常導通。因此，出現了2號主變壓器110 kV Ⅳ母線各間隔依次由冷備用轉為熱備用的過程中，與1147接地開關構成電氣閉鎖關系的11411、11421隔離開關先行正常合上，而11431隔離開關無法合上的異?，F象。

4 結 論

上面通過分析得出所述案例隔離開關合閘失敗原因，是由于該隔離開關母線側接地開關機構箱內行程開關一對常閉觸點未可靠閉合造成接地開關分閘不到位，影響到了與之相鄰的隔離開關之間的電氣閉鎖回路，造成隔離開關控制操作回路斷開合閘失敗。為避免再次出現此類設備故障，影響設備停送電，從現場運維的角度提出以下改進措施。

圖8 1147接地開關控制操作回路行程開關和X1端子排分圖

圖9 1147接地開關行程開關接點

1)改進設備質量

由于接地開關及隔離開關的生產廠家眾多，生產質量參差不齊，存在制造工藝老舊、裝配質量差等情況，如導電部位螺栓未擰緊、底座齒輪與平鍵裝配過緊、軸承潤滑不夠等問題。作為現場生產單位，對于設備運行過程中發現的問題應及時分析匯總，及時向設備制造廠家反饋所遇到的故障及異常，敦促改進。如對案例所述類型行程開關的生產和裝配工藝進行改良，確保在接地開關主軸轉動過程中，每個接點均同時可靠變位，從源頭上確保設備質量的可靠性。

2)提高驗收質量

在變電站新建或改擴建工程中，新設備的交接驗收工作要嚴格按照標準執行，建立新設備進站全過程跟蹤驗收機制；定期反饋施工進度和驗收結果；一經發現有諸如此類行程開關動作不能全部到位的情況，必須整體更換至驗收合格，確保設備“零缺陷”投運。

3)嚴控檢修質量

結合設備計劃或臨時停電檢修工作，開展在運接地開關和隔離開關防拒動排查，通過對設備進行多次分合操作，檢查機構動作情況及行程開關的可靠性，消除因動作不到位或節點不良造成的設備隱患。在此基礎上，調節存在異常的接地開關機構行程，檢查接地開關拐臂是否轉動到位，在機構轉動處涂抹具有潤滑功能的二硫化鉬潤滑脂(MoS2)，確保機構正常分合，避免出現機構卡澀及行程不到位；若調節之后，行程仍然不能可靠全部到位，則進行整體更換。

4)強化日常運維

嚴格按照特高壓運行維護的要求，對隔離開關/接地開關的行程開關等進行例行巡視和專業巡視。除了使用目視法等常規手段發現設備異常之外，積極應用紅外測溫、機器人巡檢、可調式高清攝像頭、無人機巡檢等智能運維手段[20]，全面提升巡視質量。對于相關二次回路，通過加裝剩余電流傳感器、弧光傳感器、水浸傳感器、煙感傳感器等技術手段[21—22]，加強對二次回路的日常運維水平，進一步提升設備運行的安全性。