浅析35kV高压开关柜储能回路设备烧毁的原因

唐瑞兵

摘要：35kV高压开关柜是电力系统中非常重要电气设备，运行状态对电力系统的可靠性有着重大影响，其能否正常工作关系到电网能否安全稳定运行。高压开关柜一旦故障，导至设备损坏，供电负荷损失，而且还有可能危胁变电站运行操作人员的人身安全。因此本文从我工作中的检修实例，来浅析35kV拱星变电站35kV高压开关柜储能回路设备损坏原因。

关键词：35kV高压开关柜;弹簧机构;储能电机;中间继电器

随着国家经济的快速发展，电力行业得以快速发展起来，输电、变电和配电电力系统为人们提供安全、高质量的电能供应。35kV拱星变电站承担拱星工业园区供电的，该变电站是无人值守变电站，采用单母线不分段接线方式。开关柜采用四川电器开关厂生产的ZN23-35/25型真空断路器，额定操作电压-220V，弹簧机构采用CT19BⅠ型。35kV高压开关柜断路器在近5年的运行过程中，经常出现储能控制回路设备故障，故障现象1：中间继电器，故障现象2：储能电机烧坏。运维检修人员分析为是设备质量的原因，就频繁地更换故障设备。设备的维护大，检修周期短。这不仅威胁变电站区域电网的安全运行，更重要的是在紧急合闸送电而不能自动储能，需手动储能时可能威及设备操作人员的人身安全。

1事故原因调查：

35kV拱星变电站所属四台35kV开关柜自投运生产。在运行中频繁出现储能电机烧坏或储能二次回路的中间继电器烧坏 。该储能二次控制回路的储能机构是CT10A弹簧操动机构，型号HDZ-2600 5A  、额定电压AC220V/DC220V、 电机功率600W 、 额定电流5A ;中间继电器型号JZ15D-44Z、 额定电压DC220V 、4对常开4对常闭 。

对开关柜近5年的储能二次控制回路设备故障现象统计：

通过对故障现象的次数分析，中间继电器的故障频率比储能电机的故障频率大得多。

2储能二次控制回路设备故障原因分析：

针对高压开关柜设备在运行中储能二次控制回路设备故障现象，从以下两个方面进行原因分析。

2.1储能电机烧坏的原因

对于储能电机烧坏的原因，查阅CT10A弹簧操动机构资料，它的储能方式是棘轮结构，运转时承受冲击负荷。它可供操动ZN23-35户内高压真空断路器之用。外观检查，机构的弹簧上挂板、挂簧拐臂、储能轴、储能连板、驱动棘爪、凸轮、储能弹簧等转动部分都有润滑脂，无弯曲，无变形，无锈蚀现象。手动对机构储能，机构无卡滞，储能过程正常，符合运行技术要求，但在运行过程中出现储能电机的碳刷或直流线圈烧坏的故障，检查合闸电源是245V左右（电机的正常工作电压是85%-110%额定电压）。从机构机械方面分析，储能电机烧坏的原因不是机构本身造成主的要原因。

2.2中间继电器烧坏原因

对于储能二次回路的中间继电器烧坏原因，查阅开关柜二次控制原理图 。弹簧的储能过程是断路器合闸后弹簧才储能。弹簧未储能时，S1行程开关的常开接点断开，中间继电器的线圈失电，线圈电磁铁不动作，中间继电器的常闭接点闭合，储能电机电源接通，储能电机启动带动弹簧储能。同时弹簧已储能后，行程开关的常开接点闭合，中间继电器的线圈带电，线圈电磁铁动作，中间继电器的常闭接点断开，储能电机电源断开，储能电机停止工作。从储能电机完成一个循环来分析，储能电机二次控制回路用中间继电器来控制电机的启停，利用中间继电器的常闭接点来扩大触点的过电流量来提高二次回路的工作的可靠性。同时中间继电器的常开接点串联在断路器的控制回路，若中间继电器故障，线圈失电常开接点断开，则断路器二次控制回路断线，就不能进行断路器合闸，这样形成中间继电器正常工作，弹簧储能正常，断路器二次控制回路正常的条件逻辑关系。

从分析控制原理接线图和中间继电器的技术参数，线圈额定工作电压-220V，合闸电源是-245V左右，中间继电器的线圈是高于线圈额定工作电压许多长时间带电工作，一方面是中间继电器的线圈可能烧坏的故障几率大，另一方面是若中间继电器故障，线圈失电常闭接点长时间接触，接通储能电机回路，储能电机电源断不开造成储能电机烧坏，运行安全不可靠。电机的控制回路接线原理缺陷和运行电压高是中间继电器的线圈烧坏主要原因，控制回路设计有缺限，不合理。

3储能回路设备故障处理方案及措施：

通过对故障的分析，我们知道储能回路设备故障的原因，提出二个处理技术方案。

①由于CT10A弹簧操动机构是最早期经完善该进用于35kV真空断路器的弹簧操作机构，其机构储能方式是棘轮结构，驱动系统为单边铰链，虽然有受力不对称，运转时承受冲击负荷。但其性能符合“GB1984-89”《交流高压断路器》和本产品《技术条件》的要求， 若进行弹簧操动机构改造，技术难度大，工期长，停电时间长。对电网优质服务影响较大，故不采用这样的方案。

②在对高压开关柜二次回路原理图进行比较，变电站直流系统都有控制母线和合闸母线。 控制母线电压一般在220V，它用于高压柜的控制回路、仪表、综保等设备提供稳定的工作电源;合闸母线电压一般在240V，用于为高压开关合、分闸线圈提供大功率操作能量。而35kV拱星变电站高压开关柜储能二次控制回路的控制电源和电机启动电源共用了直流屏合闸母线电源，而中间继电器额定工作电压220V，对中间继电器线圈施长时间加过电压会造成线圈局部短路发生熔断，线圈断线，会有线圈异常发热的痕迹残留，影响继电器寿命。为此提出对储能回路二次回路改造，因为储能回路二次回路改造，技术简单，施工难度小，利用开关年检就能完成。

通过对开关柜储能回路二次回路改造，储能电机回路电源不变，取直流240V合闸电源，保证直流电机启动的技术条件。将中间继电器线圈控制回路与电机回路分离，中间继电器线圈控制电源取直流220V控制电压，使线圈在额度电压下工作。开关柜经过多运行，储能回路二次回路故障降低，設备运行良好，达到改造的目的，提高了设备运行的可靠性。

参考文献：

[1]国家标准<<交流高压真空断路器>>GB1984

[2]李建基.高压开关设备实用技术[M].北京：中国电力出版社，2005.

[3]吴江，刘成鹏;高压开关柜常见故障及使用介绍[J];大众科技;2004年09期