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SF6断路器储能接点故障引起合闸线圈烧毁的分析

电气技术杂志社
2016-12-01
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国网泉州供电公司的研究人员刘煌煌,在2016年第10期《电气技术》杂志上撰文,针对某变电站110kV高压SF6断路器,储能接点故障引起合闸控制回路线圈烧毁的原因进行分析,并对储能与合闸控制回路进行改进及提出相应的防范措施。

高压六氟化硫断路器系三相交流50Hz户外高压电器设备,该类型断路器采用自能灭弧室结构,配用弹簧操作机构,结构简单、操作方便、安全可靠,因此,广泛用于输变电线路的控制和保护,也可作联络型断路器使用。

某变电站的110kV系统选用该类型的断路器,但随着投运年限的不断增加,二次回路中的不完善部分逐渐暴露出来,特别是储能回路引起合闸线圈烧毁的故障频繁发生,本文以该型号断路器运行时发生的特殊故障为例,进行分析并提出相应的改进措施。

1 故障现象

某220kV变电站110kVSF6断路器配用弹簧操作机构作为储能装置,在断路器处于分闸状态,合闸电气回路指示正常的情况下,运行人员发出合闸操作信号,断路器不但无法合闸,而且合闸线圈被烧毁,为什么合闸条件都满足,还会出现这种特殊故障呢,为了避免类似故障的再次发生必须进行认真的研究分析。

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2 故障分析

该型号断路器在合闸控制回路中的YF为“就地/远方”转换开关(如图1所示),当需要远方合闸时,操作电源正极通过C7→YF触点3-4→防跳辅助继电器52Y常闭触点31-32→弹簧储能继电器99CN常闭触点21-22→继电器49MX常闭触点31-32→合闸弹簧状态监视继电器33HBX常闭触点31-32→断路器辅助常闭触点1-2、5-6→合闸线圈52C→SF6气体低压闭锁继电器63GLX常闭触点31-32→操作控制电源负极,当电源电压加在合闸线圈52C,电磁铁动作使断路器合闸。

基于以上回路分析,合闸线圈52C要得电必须满足以下四个条件:(1)52Y、49MX,33HBX线圈不得电,其常闭触点31-32在合闸控制回路中接通;(2) 99CN线圈不得电,其常闭触点21-22接通合闸控制回路;(3) 52B在分闸位置,其辅助常闭触点1-2、5-6接通合闸控制回路;(4) SF6气体继电器63GLX常闭触点31-32闭合,接通合闸控制回路。

通过分析可知,当上述条件均达到时,控制电压才能加在线圈上,从而造成合闸线圈的烧毁故障。打开机构箱初步检查,发现SF6气体压力表指示正常,而合闸弹簧机械指示无储能,为什么在未储能的情况下,合闸回路能导通呢。因此,需要进一步对合闸弹簧储能回路进行检查。

由图1中的电机储能回路可知,该断路器合闸弹簧未储能时,安装于断路器机构背面的储能限位开关33Hb的常闭触点C-NC同时控制99CN和33HBX继电器,接通直流控制电源正极:

(1) 弹簧储能继电器99CN得电动作,其电源接通电机回路,合闸弹簧电动储能;同时,99CN常闭触点21-22在合闸控制回路中断开,避免了断路器在弹簧储能过程中误合闸。

(2) 当合闸弹簧状态监视辅助继电器33HBX线圈得电后,接在合闸控制回路中的33HBX常闭触点31-32断开,这样可保证弹簧在储能过程中,断路器二次合闸回路处于断开的位置,与99CN常闭触点21-22具有可靠双重的闭锁作用。

当弹簧储能到位后,储能机构的机械部件将储能限位开关33Hb常闭触点C-NC断开,99CN、33HBX线圈失电,储能结束,99CN常闭触点21-22及33HBX常闭触点31-32接通合闸控制回路。

由元件接线图中触点的作用可知,只有99CN、33HBX继电器在得电启动状态下才能闭锁合闸回路。故根据以上分析判断可能是储能限位开关33Hb的常闭触点C-NC故障造成电机无法储能。

图1 原SF6断路器合闸控制回路

检修人员现场打开断路器机构后盖板,拆下储能限位开关,经检查测量后发现储能限位开关33Hb在储能过程中内部触点已损坏,使电源无法通过其C-NC常闭触点,99CN和33HBX的线圈就无法得到电源。

99CN接触器未动作,电源无法接通储能电机,同时99CN常闭触点21-22及33HBX常闭触点31-32长期接通合闸回路,由于断路器弹簧机构没储能,而合闸二次回路又导通,这样不仅断路器无法正常合闸,还会烧毁合闸线圈。

3 处理与改造

本文所述的特殊故障若只对储能限位开关进行更换是不能在实质上解决问题的。由于设计不合理和联闭锁机制不够完善,致使储能限位开关一旦损坏就会导致合闸回路故障,因此对储能及合闸控制回路作出以下改造。

(1)储能限位开关33Hb是由一对常闭触点和一对常开触点组成的,两对触点之间相互机械联锁。根据行程开关的特点进行以下改造:将33Hb的常闭触点C-NC接于99CN线圈,如图2所示,此改造保留原来在储能过程中,断路器合闸回路断开无法合闸的功能;

利用33Hb的常开触点O-NO接于33HBX线圈,弹簧储能到位后,33Hb的常开触点O-NO闭合接通33HBX线圈。同时,将继电器33HBX接在合闸控制回路中的常闭触点31-32拆除,改接33HBX的常开触点43-44。

以上改造把原来一对触点带二个继电器,改为一对触点各带一个继电器,这样可以保证在未储能及储能过程中,合闸控制回路无法导通,只有在弹簧储能到位后,33HBX线圈得电,常开触点43-44闭合才可能接通合闸控制回路,同时也降低了储能限位开关的长期负荷,延长了使用寿命。

(2)增加一个时间继电器T。将继电器33HBX的常闭触点31-32串联时间继电器线圈,并整定时间继电器的动作时限为15s,略大于断路器的弹簧储能时间。

增加时间继电器可以实现,当弹簧未储能和储能的15s过程中,33HBX线圈未得电,常闭触点31-32闭合,时间继电器发出未储能的信号;当弹簧储能到位后,33HBX得电动作,常闭触点31-32断开,时间继电器停止发出未储能信号,则表示储能成功。

图2 改造后的SF6断路器合闸控制回路

4 结语

本文针对某110kV SF6断路器控制回路中的缺陷进行改造,把储能限位开关常开触点,串接到99CN的电机控制回路中,将串接于合闸控制回路中的33HBX继电器常闭触点替换成常开触点,确保了只有在机械部件压住储能限位开关33Hb,即弹簧储能到位后,33HBX继电器动作,才能接通合闸控制回路。

同时,增加时间继电器具备了储能信号的报警功能。改造后的断路器合闸控制回路,不仅接线简单可靠,还能帮助运行人员快速判断是否储能,能够有效防止未储能引起线圈烧毁的故障。

经改造投运后,该型号断路器二次回路各项指标运行正常,参数测试正确,分合闸时无异常故障发生。

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