高压断路器控制回路中常见隐性故障分析研究

高压断路器控制回路中常见隐性故障分析研究

作者：杨玉福

来源：《硅谷》2012年第04期

摘 要： 在对目前高压断路器电气控制回路研究现状进行分析后，归纳总结断路器控制回路中常见的隐性故障。并对某110kV变电站LW35-126型断路器控制回路存在的不能储能合闸操作不成功故障的故障现象、原因、以及排查处理措施进行认真分析研究。最后，结合自我实际工作经验，对提高断路器控制回路动作可靠性提出几点建议。 关键词： 高压断路器；隐形故障；控制回路；储能

中图分类号：TM564 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0220109－02 断路器是电力系统中可以投切电气设备和线路的主要设备，其当高压电气设备或线路发生故障时，可以操作相应操作机构快速切除系统故障单元，确保非故障单元继续稳定运行，提高电网运行可靠性，保证电网安全可靠、节能经济的高效稳定运行。控制断路器的操作回路在接受到来自中控保护装置自动或现地手动触发的分合闸命令后，就会操作相应操作机构完成断路器分合闸倒闸操作。高压检修维护人员在实际工作中，不仅要做好电气一次设备的维护工作，同时还要断路器、隔离开关等高压设备二次控制回路的正确性和可靠性。从大量实际运行维护经验可知，高压断路器控制原理较为复杂，如果设计人员没有处理好各保护子系统间的匹配、安装人员粗心马虎早接线端子接线错误等，均可能断路器控制回路埋下巨大安全隐患，如断路器控制回路中常见的电源切换、闭锁回路不满足双重冗余涉及要求等问题。断路器控制回路是监视断路器跳/合闸动作可靠性、完好性、准确性的重要回路，同时根据运行状体给保护系统提供一个明星的位置状态信号，一旦断路器控制回路出现缺陷或故障时，则就会危及到电力系统安全稳定运行，属于危急性缺陷，必须根据实际情况立即消除。因此，对于控制回路要以消除寄生回路，简化二次接线，完善和强化控制回路功能和动作可靠性等作为设计、运行维护的主要原则，以确保断路器高效稳定的运行[1]。 1 断路器控制回路隐性故障

控制回路隐性故障不同于其它显性故障，如断路器SF6绝缘气体压力降低闭锁、操作机构压力不足引起不能正常分合闸、储能电机烧毁导致储能回路不能正常储能等，上述这些显性故障可以通过颜色、气味、仪器仪表、指示机构、以及简单测量就能判断故障类型和故障原因。而断路器控制回路隐性故障，是指不易被发觉且通过简单判别方式无法确定故障点、故障类型等，是一种不明显或涉及一个或多个控制回路的内部故障[2]。

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2 断路器控制回路隐形故障案例分析 2.1 故障现象

某110kV变电站中选用LW35-126型自能式户外六氟化硫断路器，其操作机构电源为直流供电，电动操作。变电站在试运行过程中，出现110kV断路器在操作过程中，出现弹簧未有效储能引起无法正常合闸的异常工况。在对断路器本体以及操作机构机械性能和气体压力值进行检查时，发现所有值均正常进行检查后，械元件和气体压力值均正常。但就是断路器操作过程中合闸弹簧未能按照设计要求有效储能，断路器在操作过程中不能按照要求进行正常合闸操作。LW35-126型断路器操作过程中分合闸电气控制回路如图1所示。

从图1可知，分合闸电气控制回路中由Q1控制回路实现对整个电气回路电源的控制。分合闸正常操作的前提在于合闸电气控制回路和分闸电气控制回路具有完好的功能，也就是说在进行故障排查过程中，首先应该判断断路器分（合）闸电气控制回路是否具有完好的控制功能特性。

2.2 断路器分（合）闸控制回路功能分析

由图1可以可知，该断路器合闸回路通过中控/现地控制选择开关SBT1和分（合）控制开关SBT2的位置状态常开接点，途经断路器防跳跃继电器K1、SF6最低功能压力闭锁继电器K3、合闸簧储能控制延时继电器K4、以及断路器辅助位置开关S共4个常闭接点，与K11继电器连接。在该控制回路中，两个操作常开位置状态接点和4各常闭开关接点中，任意一个接点在脉冲信号或者线圈励磁带电情况向下，就会改变其现有的工作状态，也就是说只有当所有开关接点均满足合闸要求时，合闸回路才会导通，K11才会励磁带电，断路器合闸。而对应分闸控制功能而言，只有当有SF6最低功能压力闭锁继电器K3常闭接点闭合，和断路器辅助开关S分闸辅助接点带电闭合后，分闸线圈K22才能励磁带电，完成断路器分闸操作。

2.3 断路器控制回路隐性故障分析

在经过外观机械性能和气压检查后，为了进一步查明故障原因，对LW35-126型断路器的分（合）闸电气控制回路进行深入检查。在单独检测过程中，发现断路器分（合）闸电气控制回路中，分闸电气控制回路和合闸电气控制回路在独立运行过程中，能够正常动作且运行良好。分（合）闸操作结构储能电机性能较好，未出现烧损等不利现象，但在进行储能电机电气控制回路检测时，发现控制回路不具备正常控制性能，因此，初步判断该LW35-126型断路器不能正常合闸操作的主要原因是由于储能电机电气控制回路出现故障，进而引起储能弹簧不能正常储能，导致操作机构在正常操作时操作压力不足不具备合闸条件。

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2.4 断路器控制回路隐性故障定位及处理

从图1可知，储能电机电气控制回路中电机控制接触器KM在接通后，方能进行储能。也就是断路器合闸前，需要该回路接通进行电机储能。为了查找故障元件，决定采用万用表对整个储能电机电气控制回路进行测试排查。按照故障排查基本顺序，从储能电机电气控制回路的正极向负极逐一进行元件功能排查，但由于SBT3手动（电动）联锁控制开关，其装设在断路器控制柜内部的一个金属挡板内，无法直接用万用表进行测量，于是采取综合排除法进行故障查找。

1）测量电源回路

将万用表分别插入储能电机电气控制回路正电源端子9和负电源端子15两端，分别测得其对地电压均能达到直流110V。由于可以认为储能电机外部控制回路供电正常。 2）负极性能查找

从储能电机接触器KM开始查找，A1端对地电压为零，而A2端对地电压为-110V，同时接触器KM线圈导通性能优越，因此可以排除储能电机接触器线圈KM烧断情况。于是，将故障继续向储能电机电气控制回路正端进行排查。 3）辅助接点导通性能测试

通过测试接点13、14、55、56均处于导通情况，说明该部分接点导通性能良好。于是把故障点缩小到SBT3手动（电动）联锁控制开关处。将其它条件保持不动，将SBT3开关短接，则储能电机电气控制回路马上导通并储能。因此，可以判断该110kV变电站LW35-126型自能式户外六氟化硫断路器不能正常合闸的原因，是SBT3手动（电动）联锁控制开关发生烧损等故障。 4）故障排除

由于SBT3手动（电动）联锁控制开关位于隐蔽位置，需要将断路器控制柜进行局部解体后检查。经检查发现，SBT3元件存在明显触头接触不良问题。分析其主要原因，是由于断路器操作结构内部长期处于高温复杂电磁环境中，加上日常检修维护不到位，开关触头由于发热和灰尘进入出现严重老化。于是将SBT3开关元件整体更换。投运后，电机储能性能恢复，断路器分（合）闸操作正常，故障得到有效排除。 3 提高断路器控制回路动作可靠性的几点建议 3.1 提高工作人员操作技能水平，杜绝误操作事故发生

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在断路器合闸操作前，应认真检查断路器控制柜机械闭锁把手等是否处于正常“工作”位置，严格杜绝在“分断闭锁”状态下进行断路器合闸操作，避免引起断路器跳跃而造成控制回路中合闸线圈发生烧损。在断路器合闸前，应检查断路器控制柜中储能电机电源是否正常投入，要检查弹簧是否已处于完全储能位置，只有在断路器储能电机电源正常投入、弹簧已储能完全的情况下，才允许断路器进行合闸操作，以免合闸线圈长时间处于带电工况而被烧毁。在断路器分（合）操作过程中，一旦发现如红绿灯指示灯不亮、一合闸就跳、断路器连续分合操作等异常问题时，要迅速拉开断路器控制回路的控制电源（图1中Q1回路），避免烧毁断路器操作机构控制回路中的跳、合闸线圈，待异常现象排除后方能合上控制电源投入正常运行[3]。 3.2 解决机构未储能时不闭锁合闸操作

高压断路器操作机构在未储能情况下应实行闭锁合闸操作，但有的变电站依然采用不闭锁合闸操作，这样就可能造成工作人员在不知情的情况下，进行合闸倒闸操作，进而导致合闸线圈长期处于带电工况，从而造成合闸线圈烧毁。为了避免未储能时盲目合闸操作现象发生，可以将储能断路器的一个常开接点串入到合闸电气控制回路中，实行未储能闭锁合闸操作。断路器只有在分位且储能结构已完全储能时，即待所有合闸条件具备合闸回路接通，可以进行合闸操作。操作人员要认真检查断路器位置，当操作机构在分位但未储能或储能不到位时，不能进行合闸操作，这样可以避免断路器在操作过程中由于合不上闸出现烧毁线圈情况发生。 3.3 解决操作回路分流电阻不匹配

当断路器操作回路分流电阻出现不匹配情况时，就很容易造成控制回路中合闸线圈或操作插件发生烧毁等不利现象。因此，在这种情况下，要严格按照相关技术指标要求，结合保护整定计算等资料对断路器控制回路中各分流电阻的电阻值进行重新整定计算，直到达到性能匹配技术要求为止。 4 结束语

通过对断路器储能电机控制回路故障的排查，有效解决了断路器由于储能回路不能储能导致操作机构不能正常合闸的故障，从而确保了断路器运行操作的正确性和稳定性。本文分析了LW35-126型断路器电气控制回路的工作原理，并结合万用表成功排查了断路器控制回路中的故障。在采取SBT3元件整体更换后，投运电机储能性能恢复，断路器分（合）闸操作正常，故障得到有效排除。

参考文献：

[1]电力工业部西北电力设计院，电力工程电气设备手册，北京：中国电力出版社，2003.

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[2]刘亚芳，国内外高压断路器运行状况及维修策略综述[J].电力设备，2003，3（1）：26-29.

[3]李志平，断路器操作控制设计相关问题分析[J].继电器，2004，32（4）：64-66.