电站励磁交流开关辅助触点机构故障分析

康晓义，陈昌山，任晓婷

(河南国网宝泉抽水蓄能有限公司，河南 新乡 453636)

0 引言

断路器辅助开关是反映断路器操作机构位置和信号的开关， 常作为二次控制回路的分、合闸控制以及连锁保护接点，它是断路器中二次控制回路的关键元器件[1]。断路器失效的原因是多方面的，其辅助开关失效是断路器失效的主要原因之一，它不仅影响断路器本身的工作可靠性，还影响控制系统工作的可靠性[2]。励磁交流开关除了用于给励磁系统供电外，其辅助触点还用于自身控制系统、励磁控制系统以及监控系统，因此其辅助触点机构的可靠性直接关系到发电机运行的可靠性和稳定性，对于电站安全生产来说，提升励磁交流开关可靠性是项必要的课题。

1 概况

某抽水蓄能电站工程位于河南省新乡市辉县境内，为国家重点建设项目，总装机容量4×30万kW共120万kW。该电站位于电网负荷中心，地处华中电网、华北电网、西北电网的交叉点和支撑点上，承担电网调峰、填谷、调频、调相以及事故备用等任务。

该电站励磁系统由ALSTOM公司提供，型号为P320 AVR V1系列，采用自并励可控硅静态励磁方式，励磁电源取自机变单元主变低压侧经励磁变供给。励磁变与励磁功率单元间配置一台励磁交流开关，为ABB产品E3S-2000系列400 V开关，在功率单元与转子引线间配置一台励磁直流开关，如图1所示。励磁交直流开关在励磁投入和退出过程中是联合联分关系。励磁投入时合闸令作用于交流断路器，交流断路器合闸后通过辅助触点联动合上励磁直流开关；励磁退出时分闸令作用于励磁直流开关，直流开关分闸后其辅助接点联动跳开励磁交流开关。

2 励磁交流开关辅助触点机构简述

励磁交流开关选型过程中，采用了4副PR121型本体触点和4副15CO型外扩辅助触点，一共8副触点，如图2所示。因此，辅助触点联动机构有两部分组成，分别为本体辅助触点联动机构和外扩展辅助触点联动机构。

图2 励磁交流开关辅助触点配置

本体辅助触点联动机构主要由辅助触点端子排和辅助触点联动拐臂组成。开关本体分合时内部本体机构传动卡板联动辅助触点联动拐臂动作，使得辅助触点随开关分合而实现变位。

外扩展辅助触点联动机构包括本体传动拐臂、拐臂行程卡板、弹簧、传动软线缆固定板、复位弹簧、传动软线缆、操作连杆、辅助触点排等组成。开关本体分合时由内部本体机构带动传动拐臂动作，传动拐臂带动拐臂行程卡板上下滑动并联动拉紧或放松传动线缆，传动线缆带动操作连杆实现辅助触点的分合。

3 故障经过

某日，3号机发电工况启机时，流程至投励磁时，监控报警：16:53:49 03GEX_103IA_DI_F 2ND STAGE EXCIT. NORMAL->FAULT;16:53:49 03GTA_001XV_DI_TRP UNIT MASTER TRIP GTA-001XV N-TRP->TRIPPED。

机组励磁二级故障导致机组转紧急停机，现地查看LCP上报警信息，只有 Second Stage Excitation Fault即励磁二级故障一条报警信息，查看图纸分析可知导致励磁二级故障的原因有以下5种。

(1) 励磁正常状态下励磁交流开关在分位而励磁直流开关在合位。

(2) 1号和2号励磁调节器看门狗均故障。

(3) 1号和2号整流桥脉冲触发均无效。

(4) 转子过电压故障。

(5) 励磁调节器组态发出跳闸命令。

现地检查发现，励磁交流断路器外扩展辅助触点传动软线缆固定板上固定传动软线缆的连接螺栓下端螺母松脱，导致辅助触点与断路器本体的机械连接失去联动，辅助触点不能正确反馈断路器在合闸的位置状态，最终导致交直流开关分合状态不一致，触发可导致励磁二级故障启动条件中的第(1)类条件。由此判断辅助触点传动软线缆的固定连接螺栓松脱是本次故障的直接原因。

4 故障分析与处理方法探讨

对松脱的传动软线缆的固定连接螺栓下端螺母复原发现，在安装时，此螺帽与螺栓的把合螺纹较少，且没有防松动锁紧措施，导致螺母在励磁交流开关频繁动作过程中受拐臂行程卡板拉力和振动影响逐渐松脱。由于励磁投入时合闸命令作用于交流开关合闸回路，交流开关合闸后其辅助触点联动启动励磁直流开关合闸回路，考虑故障时直流开关已在合闸位，由此判断该螺母是在直流开关合闸后松脱，最终触发励磁二级故障。

为了尽快消除缺陷，恢复机组备用状态，采用临时处理措施，对松脱的固定螺栓加垫片并在螺栓端部涂抹螺丝锁固胶后，经开关分合测试，各信号正常，机组恢复备用。

虽然本次缺陷临时得到了较为妥当的处理，但通过查看缺陷记录发现，在机组励磁系统故障的缺陷中外扩展辅助触点机构故障占总故障的57.14 %。故障部位涉及本体传动拐臂、拐臂行程卡板、平衡复位弹簧、传动软线缆固定螺母、辅助触点等几乎辅助触点机构的所有构成部件，具体统计详见表1。虽然可以通过定期检查维护提前发现并消除一部分缺陷，使得该类故障明显减少，但由于该辅助触点机构复杂、中间环节多、薄弱点多，导致各类维保手段的落实仍不能彻底消除故障隐患，严重威胁机组的安全可靠运行，亟需研究一种彻底的解决方法。

表1 励磁系统历史故障情况统计

5 改造方案

为了彻底消除现有辅助触点机构隐患，该抽水蓄能电站在充分讨论基础上形成两种方案，一种为修改机组控制流程，将交流开关保持常闭状态，励磁投退只通过励磁直流开关或功率单元脉冲闭锁控制实现；第二种为将外扩展辅助触点机构取消，对开关本体辅助触点进行升级改造。考虑到第一种方案需要改动程序较多，实施难度大等问题，最终选择了第二种改造方案。

联系设备厂家，说明改造需要后，定制了64CO型本体辅助触点机构，新的本体辅助触点机构触点数量较原型号有了较大的扩展，由4副触点扩展为10副触点。改造后将图2中交流开关的8副触点全部接入定制的辅助触点机构上，其中4副原取自于断路器本体的触点接线接至64CO中(11/12，13/14，21/22，23/24)端子，另外4副外扩辅助触点15CO的触点(201/204，211/212，221/224，231/234)接线分别接至64CO中的(43/44，31/32，33/34，41/42)端子，并将外扩展辅助触点机构全部拆除。

6 结论

抽水蓄能电站在电网中主要起到调峰调频和事故备用功能，机组运行具有启动频繁的特点，对应励磁交流开关的频繁动作也对励磁交流开关辅助触点机构的可靠性提出了更高的要求。本次励磁交流开关外扩展辅助触点机构改造后，新的辅助触点机构省去了开关本体到外扩辅助触点中间的复杂机构环节，极大提升了辅助触点机构动作可靠性，使原外扩展辅助触点机构隐患得以彻底消除。由此得出，尽可能减少断路器辅助触点机构中间环节是提升断路器辅助触点机构可靠性的有效手段，这为今后断路器选型或辅助触点机构改造提供了经验借鉴。