加热器故障引起的刀闸操作异常案例的原因分析及改进措施

王军玉

（广东电网有限责任公司惠州供电局，广东 惠州 516001）

变电站高压电气设备的交流动力电源是设备电机转动的动力来源，其稳定性与可靠性对设备操作过程的连贯性至关重要，若设备在动作过程中失去动力电源，将导致拉弧放电、触头灼伤、甚至设备爆炸等严重后果。某电气设备厂商生产的T155-2型SF6封闭式组合电器开关间隔，主要组成元件包括断路器、刀闸、地刀、快速地刀、电流互感器、套管等经优化组合封闭在接地的金属外壳内，充以SF6气体作为绝缘和灭弧介质。断路器、刀闸、地刀、快速地刀均有机构箱，开关间隔有一汇控柜。500kV某乙线间隔一次接线图如图1。

1 故障案例

某变电站500kV设备为户外HGIS，采用3/2接线方式供电，在500kV某乙线线路1M侧5022开关间隔送电倒闸操作过程中，当执行“合上50222刀闸”时，该刀闸气室内传出剧烈的放电声音，从该气室的观察窗看到弧闪，现场及监控后台机检查该刀闸合闸不到位，汇报调度后经调度令断开该串线路2M侧5023开关以隔离故障。隔离故障后，运行人员现场初步检查，发现5022开关汇控柜内“加热器、照明电源”及500kV 第二串动力箱（二）内“5022开关汇控柜380V交流电源空开”在跳开位置。

2 初步分析

根据现场设备情况，初步分析原因如下：在50222刀闸合闸过程中，5022开关汇控柜加热器出现故障，跳开5022开关汇控柜内“加热器、照明电源”空开及上级电源500kV 第二串动力箱（二）内的“5022开关汇控柜380V交流电源”空开，导致50222刀闸电机失去操作电源，电机停止运转，刀闸动触头停止动作，而动触头已经进入静触头屏蔽罩，但未能完全与静触头接触，合闸不到位，动静触头之间有电压差，出现拉弧放电现象。放电导致动触头金属烧损，在动触头屏蔽罩上累积白色粉状分解物。

3 故障排查

经分析，判断出故障发生在5022 开关间隔汇控柜内加热照明电源回路，故使用数字兆欧表对各分支回路进行绝缘电阻测试。

对5022开关ABC三相机构箱加热器支路进行对地绝缘电阻测试，发现 A相机构箱内加热器支路绝缘异常，仅为0.001MΩ(兆欧表1000V)，而正常回路阻值约为2000MΩ。随后对5022开关A相机构箱加热器支路进行检查，发现该相加热器L极接线端子对加热器散热片外壳绝缘异常，仅为0.002MΩ(兆欧表1000V)，正常的加热器约为1159MΩ(兆欧表1000V)，判断为5022开关A相机构箱加热器本体绝缘损坏，加热器电源回路通过机构箱对地短路。该站已发现同厂家同型号存在短路现象的加热器数量已达13个，故可判断此批次加热器存在家族性质量缺陷。经查看，5022开关间隔汇控柜双电源自动切换装置（DPT）在此异常情况下并未动作，未实现在一路进线交流电源失压的情况下，自动切换至另一路进线交流电源。该装置切换模式在“手动”位置，设备厂家说明书中未做明确要求，而厂家在安装调试后未将其设置为“自动”模式。5022开关间隔汇控柜及各机构箱交流电源回路图如图2。

图2 5022开关间隔汇控柜及各机构箱交流电源回路图

4 故障原因

综上所述，发生这起刀闸操作过程中停止，导致触头放电灼伤的原因如下。

（1）开关机构箱内加热器存在家族性质量缺陷，其二次回路对地短路。

（2）设备交流动力电源回路设计存在隐患，加热、照明电源与开关、刀闸电机电源共用上一级总空开。

（3）汇控柜内加热器电源空开与上一级动力箱内交流动力总空开级差配合有误，故加热电源回路发生故障时，短路电流超过动力箱总空开的瞬时脱扣电流值，使动力箱出线空开跳闸，导致电机电源失压。

（4）开关间隔汇控柜内双电源自动切换装置模式设置不合理。

5 改进措施

针对以上四点原因，提出下列四点改进措施。

（1）更换全站500kV区域设备加热器为合格产品。图3为5022开关间隔交流动力电源回路示意图。

（2）按图4方案整改交流动力回路，即将设备箱体内加热、照明的交流电源与设备交流动力电源上一级的空气开关独立开来，使得加热、照明的交流电源因故障后，不影响设备交流动力电源。

（3）根据正确的级差配合，配置各回路上下级空开。

（4）将开关间隔汇控柜内双电源自动切换装置模式设置为“自动”，并定期检查、测试。

图3 5022开关间隔交流动力电源回路示意图

图4 5022开关间隔交流动力电源回路整改后示意图