浅析本地10k V以上高压断路器控制回路异常成因及防治策略

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一、概述

断路器能够切除故障线路,防止事故进一步扩大,是变电站重要的一次设备,其控制回路完整是保证断路器能够可靠执行跳、合闸操作命令的重要条件[1]。当保护装置和后台发出“控制回路断线”的告警信号时,表明断路器控制回路不完好,断路器可能无法进行正常的分、合闸操作和保护跳闸操作,如果此时有故障发生,会出现断路器拒动保护越级跳闸,引发大面积停电,甚至会造成电力系统瘫痪等事故的发生[2],需要尽快处理该缺陷。

二、设备情况

2020年共发生断路器控制回路断线故障69起,占全年设备0缺陷处理的6.9%,下面进行针对性分析。

(一)按照变电站电压等级分。共有47座变电站出现过断路器控制回路断线故障情况。其中220k V变电站发生8起,110k V变电站发生28起,35k V变电站发生33起共有13座变电站出现2起及以上的断路器控制回路断线故障问题,其中220k V QC、YH共2座变电站,110k VYJH、XH、QJL、YS共4座变电站,35k VBM、TZ、MER、TL、ZL、SZ、GY共7座变电站。

(二)按照设备电压等级分。出现控制回路断线故障的断路器中220k V设备2起,110k V设备13起,35k V设备17起,10k V设备37起。110k V及以上断路器控制回路断线故障占比为21.7%。

(三)按设备间隔分。共有3个间隔出现过2起以上断路器控制回路断线故障问题,其中220k V间隔为1个,10k V间隔共2个,分别为220k VQC站220k VZC一回春221开关第二组控制回路断线,35k VSZ站10k VS15开关间隔和35k VZL站10k VZ14开关间隔发控制回路断线。

(四)按缺陷原因分。断路器控制回路断线问题的69起故障中,元件故障原因48起,占比69.6%;二次回路故障原因9起,占比13.0%;机构调整故障6起,占比8.7%;插件故障原因2起,占比2.9%;SF6故障原因1起,占比1.4%;其它原因3起,占比4.3%。具体分布如图1。

图1 控制回路断线故障原因分布

而在占比最高的元件故障中,断路器分合闸线圈烧损占主要部分,其次为储能电机或储能、控制空开故障,微动开关损坏。

三、断路器控制回路断线的理论分析

完整的断路器控制回路由保护装置和断路器的分合闸回路组成,无论是远方、就地分合闸,还是保护分合闸都是先作用于保护装置,然后再通过断路器分合闸回路实现断路器的分合。只有当TWJ和HWJ两个常闭接点都闭合,才会发出控制回路断线的告警信号。当断路器处于分位时,断路器合闸回路的辅助接点是常闭的,能够导通机构箱的合闸回路,此时断路器跳位监视回路导通,TWJ继电器被励磁,TWJ常闭接点打开,TWJ常开接点闭合。而跳闸回路的断路器辅助接点常开,机构箱跳闸回路被断开,合位监视回路没有被导通,HWJ继电器没有被励磁,HWJ常闭接点闭合,HWJ常开接点打开[1]。断路器处于合位也同理。因此,当控制回路正常时,无论是分位还是合位,HWJ和TWJ这两个继电器不可能被同时励磁,也就是说HWJ和TWJ这两个常闭接点总有一个是断开的[1]。HWJ常闭接点和TWJ常闭接点串联构成控制回路断线的监视回路。只有当HWJ继电器和TWJ继电器同时失磁,两个常闭接点接通,才会发出控制回路断线信号[1]。

四、存在的问题

1.故障主要集中于35k V及以下电压等级设备。其中35k V设备故障占比为24.6%,10k V设备故障占比为53.6%。中低压设备断路器动作次数较多,质量参差不齐。

2.断路器分合闸线圈烧损频发导致控制回路故障。在69起故障缺陷中,线圈烧损原因占比55%,达到一半以上。而线圈烧损原因复杂,机构卡涩、线圈线卡接线松动、线圈老化绝缘降低等都会导致线圈烧损。

3.二次回路故障中断路器的辅助接点损坏或者切换不到位与二次回路接线松动占比较多。由于断路器分合闸回路都接入断路器辅助接点,例如手车型的断路器的手车断路器底盘辅助接点接触不良;储能电源开关没给(合闸回路串有断路器储能接点)。常开、常闭接点损坏或者切换不到位,会导致回路开路,TWJ和HWJ失磁。

4.机构调整原因占有一定比例。例如机构中分合闸挚子行程过大、合闸闭锁电磁铁长时间闭锁有卡涩等原因。反映相关厂家需提升设备质量,提高设备运行可靠性。

5.测控装置插件故障与SF6低气压闭锁故障问题显现。测控装置插件长期运行,遥控接点粘连偶发。断路器SF6气压低闭锁影响控制回路完整性。

五、可采取的措施及建议

1.配合检修专业人员,对断路器机构进行缺陷分析。针对元件损坏、机构调整等断路器机构故障原因进行追溯,尤其是线圈频繁烧损更换故障,应找到故障真实原因,逐步完善数据统计,形成指导性意见,在变电站检修工作中针对性检查。及时更新设备厂家及试验仪器厂家测试方法,对于断路器内部活动件的安装水平有一套适用的数据支撑。

2.加强与测控厂家沟通。分析装置插件故障原因,对有家族性缺陷的装置结合检修尽快安排处理。加强备用插件管理,以便及时更换。

3.结合检修工作,对控制二次回路进行核查。严格落实标准化作业,进行开关分合闸试验,检查断路器辅助接点、紧固二次回路接线,对锈蚀、松动的端子排及时更换,减少二次线松动故障原因。

4.强化SF6型断路器运行管理。加强运维人员对SF6型断路器气压、密度表巡视。配合油化专业人员对断路器SF6气压告警闭锁回路进行检查,保障控制回路完整性。