220 kV斷路器分閘線圈燒毀分析與預防

吳 闖

(國網江蘇省電力有限公司鎮江供電分公司，江蘇 鎮江 212000)

0 引言

高壓斷路器作為電網設備中必不可少的開關電器，要求必須能長期可靠工作，且在故障情況下實現自動快速分斷。斷路器分合閘操作的可靠性與其操作機構、控制回路密切相關，作為斷路器控制回路中的重要元件，分合閘線圈經常會因輔助觸點故障粘連、操作機構機械故障使分合閘輔助觸點無法斷開等原因，造成線圈長時間通電而燒毀[1]。

1 斷路器故障簡述

某日，金鳳變電站220 kV金永4Y63線路改造后啟動投運。當用金永4Y63開關對線路沖擊一次正常后，調度發令拉開金永4Y63開關。運行人員執行該項操作任務后，金永4Y63開關C相機構拒動，開關非全相保護動作，繼而C相兩組分閘線圈燒毀。

2 斷路器故障檢查與分析

2.1 系統運行情況

金鳳變除待充電的金永4Y63間隔運行于220 kV副母線，其余出線均運行于220 kV正母線，220 kV母聯2510開關投入運行，金永4Y63線路保護尚未啟用，其斷路器過流保護投用；220 kV母聯2510開關過流保護啟用，220 kV母差保護接信號。若沖擊時線路發生故障，依靠兩臺開關的過流保護切除故障，運行方式如圖1所示。

圖1 一次系統運行方式

2.2 保護動作情況

金永4Y63開關分閘操作后A，B相正常分閘，C相未變位。站內設備及線路設備均無故障，過流保護未動作。此時，開關非全相保護動作跳閘出口。在C相仍未分閘后，非全相保護動作條件仍然滿足，在一定時間內持續發出跳閘信號。

2.3 現場檢查情況

2.3.1 保護裝置檢查

檢查保護裝置發現金永4Y63開關PCS-931G及PSL603U線路保護裝置異常告警，報“開關本體三相不一致保護動作”；CZX-12G操作箱上A，B，C三相跳閘信號燈、回路監視燈均熄滅，屏后兩組直流控制電源空開跳開。

2.3.2 一次設備檢查

現場檢查開關位置，發現金永4Y63開關A，B兩相處于分位，C相在合位狀態，開關發生非全相故障。待實施安全隔離措施后，打開C相機構箱，有燒糊氣味，發現兩組分閘線圈均已燒毀。進一步解體檢查發現C相傳動機構因生銹卡死。

2.4 保護動作過程分析

2.4.1 開關機構卡死

金永4Y63開關間隔擴建施工結束距離投運日期已有半年，由于機構箱密封條性能不佳，經過汛期及夏季高溫天氣后，箱內持續受潮；加之備用間隔的加熱電源、除濕電源均未投用，導致斷路器傳動機構被潮氣侵蝕，繼而生銹。雖投運前做了設備檢查及保護聯跳試驗，但在投運時發生了機構卡滯。

2.4.2 非全相保護動作

對空載線路進行沖擊時，當4Y63開關C相機構卡死拒分，母聯2510開關及4Y63開關的過流保護僅監測到C相很小的空載電流，過流(零序)保護不足以動作；且此時線路保護尚未啟用，線路保護不會動作，斷路器失靈保護也不會啟動。但是，開關本體三相不一致滿足動作條件，啟動了跳閘回路，跳4Y63開關，如圖2所示。

圖2 斷路器本體三相不一致回路

斷路器本體三相不一致保護采用的是開關輔助接點，其常開接點并聯、常閉接點并聯后再串聯。當開關實際位置發生三相不一致后，啟動時間繼電器，經延時后啟動出口繼電器，跳開斷路器。因此，在C相機構卡死常開輔助接點導致接點閉合、A，B相分開后其常閉輔助接點閉合的情況下，本體三相不一致啟動，跳閘一直保護出口。

2.4.3 分閘線圈燒毀

4Y63開關為阿海琺GL314型開關。根據其工作原理，當斷路器處于合閘位置時，斷路器常開輔助接點閉合，一旦保護分相跳閘接點動作，跳閘回路接通，跳閘保持繼電器動作并由繼電器接點實現自保持，直到斷路器跳開，輔助接點斷開。

本次故障中，當4Y63開關本體三相不一致保護動作跳開關時，C相機構保持卡死狀態，斷路器常開輔助接點不能斷開跳閘回路，使得兩組分閘線圈長期通電，最終被擊穿短路，造成兩組直流控制電源空開跳開，操作箱上分合閘位置指示燈熄滅。

3 線圈燒毀原因分析

斷路器分合閘線圈都是按短時通電設計的。一般線圈電阻為100～200 Ω，且線徑細、匝數多，正常情況線圈帶電時間不超過1 s。當二次回路中的電流無法被正常切斷時，線圈長時間帶電將產生大量熱量，致使線圈燒毀[2]。

3.1 電磁鐵自身故障

由斷路器機構的工作原理可知，若電磁鐵的固定螺栓松動，將造成電磁鐵整體產生位移，導致鐵心撞擊力度或角度不對而使分合閘失敗。電磁鐵鐵心銹蝕后，將造成鐵心活動卡澀。線圈本身老化或者鐵心的活動沖程過小，也會造成鐵心頂不動脫扣機構而使線圈長時間通電燒毀[3]。

3.2 傳動機構故障

斷路器傳動連桿機構在安裝調試過程中，由于保持摯子與滾輪接觸位置過高，或轉動連桿調整位置過深，分合閘擋板位置不當等情況，最終都會導致電磁鐵鐵心頂桿的力度不能使機構及時脫扣，線圈過熱而燒毀。

3.3 輔助開關故障

斷路器分合閘回路的切斷主要依靠輔助開關，正常狀態下輔助開關的觸點接觸良好且在標準范圍內。然而實際調整斷路器開距和超行程等參數時，會改變斷路器分合閘的初始狀態，如未對輔助開關分合位置的初始狀態做相應調整，分閘時輔助開關觸點行程過長，將導致輔助開關不能正常切換分合閘回路而使線圈燒毀[4]。

3.4 分合閘回路電阻偏大

分合閘回路絕緣降低或是線徑過細、端子松動銹蝕等造成回路電阻偏大，使得分合閘回路電壓有衰減，導致控制電壓達不到線圈分合閘電壓動作值，線圈長期帶電而燒毀。更換分合閘線圈時，不注意斷路器動作機構的技術要求，把阻值、線徑等條件不匹配的線圈更換上，造成線圈燒壞。

4 防范措施

4.1 正確判斷與處理

針對斷路器發生三相不一致的故障，可根據現場情況考慮第一時間拉開其控制電源，避免分合閘回路長時間自保持，燒毀線圈或回路元件，尤其是類似斷路器空載、一相機構卡死拒分的情形，要及時準確做出判斷。異常處理時，要做好風險分析，對斷路器操作機構、控制回路逐一進行排查，綜合分析。

4.2 加強運維管理

加大對端子箱密封性能、加熱器、除濕器及其電源的檢查力度，防止發生箱內設備生銹、霉變，而影響設備安全運行。結合斷路器預試、小修等停電工作，對斷路器傳動機構、操作回路進行保養，對生銹部位進行打磨、除銹、潤滑，逐一檢查回路端子、輔助接點，防止發生機構拒動故障。

4.3 改進分合閘回路

針對分合閘線圈長期通電燒毀的故障，可在斷路器控制回路中增加線圈保護元件，如圖3所示。斷路器在分閘操作過程中，同時啟動時間繼電器SJ。若因某種原因，造成斷路器輔助開關不能正確切換，經過時間繼電器SJ延時后(延時整定值大于斷路器分閘時間)，由常閉觸點SJ代替開關輔助接點DL，將分閘回路斷開，使分閘保持繼電器返回，避免分閘線圈被燒毀。

圖3 改進后的斷路器分閘回路示意

此種方案的缺點在于時間繼電器的時間整定及配合上比較嚴格。整定時間太短，斷路器輔助接點尚未正常打開，操作回路就已斷開，分閘操作不能完成；時間太長，在斷路器輔助接點不能正確切換的情況下，仍會引起線圈長時間通電發熱。綜合考慮斷路器分閘時間小于0.1 s，時間繼電器SJ的整定時間可設為3 s。同時，由于回路元件增多，帶來的故障幾率可能增大，增加的功能僅為了降低線圈燒毀的幾率，其實用性、經濟性有待實踐檢驗。

5 結束語

通過對一起220 kV斷路器分閘線圈燒毀故障進行了深入檢查，對斷路器電磁鐵、傳動機構、輔助開關、分合閘回路進行分析，查找可能的原因。提出了正確判斷并及時斷電處置、加強斷路器運維管理、增加分/合閘線圈保護元件等防范措施，進一步保障設備安全可靠運行。