换流站GIS断路器分合闸线圈故障分析

吴聪

1.宜都换流站GIS开关简介

三沪直流输电工程宜都换流站位于湖北宜昌市红花套镇，是三峡电力外送的枢纽变电站之一，输送容量为3000MW。宜都换流站交流场为室内GIS设备，电气主接线采用3/2接线方式，共有6串，本期设计6回500kV出线。其中，1回到水布垭电站，2回到江陵换流站，3回到三峡电站右岸。宜都换流站交流场GIS设备由瑞典ABB和新东北电气沈阳高压开关有限公司提供，由ABB负责现场安装。

2.分合闸线圈故障情况及处理过程

2010年12月，宜都换流站5023 GIS断路器合闸时，A相合闸不成功，B、C相合闸成功，系统发三相不一致报警，跳开B、C两相。

随后，检修人员对A相断路器储能机构进行泄压和排气，反复操作后故障仍偶尔出现。现场分析认为：ABB产HMB-8型操作机构的行程节点只有在断路器合闸之后才接通，启动储能电机储能，即该机构和合闸储能机构，由于其分合闸线圈机械弹簧存在家族性缺陷，无法正常回位，导致操作过程中不能将液压机构高低压油回路分隔开。在合闸过程中，一部分高压油通过分合闸线圈流回到低压邮箱，致使合闸回路断路器的高压油推动力不足，从而无法完成合闸操作。更换5023断路器A相两只分闸线圈后，故障消失，操作机构功能恢复正常状态。

3.分闸线圈故障原因分析和预防措施

断路器分、合闸线圈设计时都是按短时通电而设计的。分、合闸线圈的故障，一方面是机械故障原因，另一方面是由于跳、合闸线圈回路的电流不能正常切断，至使跳、合闸线圈长时间通电造成的。

3.1分闸线圈故障的原因

（1）分闸电磁铁机械故障。线圈松动造成断路器分闸时电磁铁芯位移，使铁芯卡涩，造成线圈故障甚至烧毁。或是由于铁芯的活动冲程过小，当接通分闸回路电源时，铁芯顶不动脱扣机构而使线圈长时间通电烧毁。

（2）断路器拒分。控制回路正常时，断路器出现拒分的故障均为连杆机构问题，死点调整不当，使断路器分闸铁芯顶杆的力度不能使机构及时脱扣，使线圈过载，造成分闸线圈故障。

（3）辅助开关分合闸状态位置调整不当。在断路器分合闸状态时，应调整辅助开关使其指示到标示的范围内，然而实际调整断路器开距和超行程等参数时，会改变断路器分合闸的初始状态，而辅助开关分合位置的初始状态未做相应的调整，将导致辅助开关不能正常切换分合闸回路而使分闸线圈烧毁。

（4）分闸控制回路辅助开关接点使用不当。分闸控制回路上接有一对延时动合接点，该延时目的是为了保证断路器在合闸过程中出现短路故障时能完成自由脱扣。然而，当断路器合闸时间极短，远小于断路器的分闸时间，断路器未来得及脱扣时就已合闸到位，此时，分闸控制回路的延时接点的延时作用将失去意义。相反，该延时接点在分闸过程中，由于辅助开关动静触头绝缘间隙较小，经常出现拉弧现象，频繁拉弧，久而久之使辅助开关的触头烧毁，继而引起分闸线圈故障。

（5）分闸回路电阻偏大。分闸线圈回路绝缘降低，或是线路过细造成电阻偏大，使得分闸回路电压有衰减，导致控制电压达不到线圈分闸电压动作值，分闸线圈长期带电，线圈故障。2014年4月，鉴于宜都换流站站GIS断路器出现的批次缺陷，厂家对6串GIS断路器的分合闸线圈共计162只进行了整体更换。新型号线圈除了机构进行优化完善之外，其电阻值由39欧姆调低为36欧姆。

3.2防止分闸线圈故障的措施

（1）固定好分闸线圈，经常检查分闸线圈的铁芯有无卡涩。年度检修期间以及停电期间，在分开断路器两侧隔离开关情况下，对开关进行若干次分合操作，如果出现三项不一致故障，及时进行检查和更换处理;

（2）在设计上视情况进行技术改造，即将分闸回路的延时动合接点改接为一对普通的常开接点，经常检查辅助开关的接点及辅助开关的拐臂螺丝，正确调整辅助开关的位置，使辅助开关与断路器分合闸位置正确、有效地配合;

（3）年度检修工作中，检查并调整断路器的连杆机构，判断断路器的自由脱扣是否正常，断路器的低电压动作试验是否在额定电压的30%-65%时可靠跳闸。

4.合闸线圈故障原因和预防措施

4.1合闸线圈故障的原因

（1）断路器机构故障。当断路器合闸控制回路正常时，断路器本体的内导电杆、传动连杆等卡涩，或是因为断路器操作机构连板配合不好，死点调得偏高，导致断路器拒合闸，使合闸铁芯过载，引起线圈故障。

（2）辅助开关位置不当。正常合闸时，断路器的合闸接触器的线圈回路与辅助开关的常闭延时接点串联，断路器合闸后，辅助开关接点自动切断合闸回路，辅助接点打不开或拉弧，合闸接触器通过重合闸回路或绿灯回路自保持，合闸线圈长时间带电而被烧毁。

（3）合闸接触器故障。断路器合闸时，由于合闸电流比较大，控制回路不能直接控制合闸线圈，只能通过合闸接触器间接接通合闸线圈。因此，当合闸接触器发生故障时，不能及时断开，使合闸线圈通电时间过长，线圈故障。另外，合闸接触器的线圈电阻变大，会使合闸接触器正常通电时吸合力度不够，主触点产生拉弧，久而久之，合闸接触器的主触点接触电阻增大，间接地影响断路器合闸线圈的励磁电流，使合闸线圈的励磁力度不足，铁芯不能正确动作，使线圈过载，造成线圈故障甚至烧毁。

（4）合闸电源容量下降，或者合闸回路电阻偏大，使合闸瞬间合闸线圈两端电压低于80%额定值。

4.2合闸线圈故障的预防措施

（1）加强合闸接触器的检查、维护。每次开关小修、周期大修都要对其进行检查动、静触头表面接触面积、接触压力等;

（2）检查及正确调整辅助开关的位置。