500kV GIS接地開關(guān)、隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)延時(shí)動(dòng)作故障分析

高利民

0 引言

接地開關(guān)、隔離開關(guān)是550kV GIS的重要組成部分，接地開關(guān)用于在安裝維護(hù)期間把GIS的各個(gè)對(duì)地絕緣部分接地，以便保護(hù)人身安全。隔離開關(guān)可以隔離電路，同接地一起實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓輸電線路和電氣設(shè)備的控制、保護(hù)和檢修。

在實(shí)際GIS運(yùn)行過程中，接地開關(guān)、隔離開關(guān)最常見的故障為操作機(jī)構(gòu)拒動(dòng)問題，而在三門核電現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)了操作機(jī)構(gòu)延時(shí)動(dòng)作故障，本文對(duì)三門核電接地開關(guān)、隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)延時(shí)動(dòng)作問題進(jìn)行故障分析，并進(jìn)行故障處理及改進(jìn)優(yōu)化。

1 5 5 0 k V G IS接地開關(guān)、隔離開關(guān)操作原理介紹

圖1控制原理圖

三門核電500kV GIS接地開關(guān)、隔離開關(guān)采用三相獨(dú)立的DH型電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，控制原理圖見圖1，合分閘信號(hào)，同時(shí)作用在ABC三相單獨(dú)的合閘繼電器ZJ1A/B/C或分閘繼電器ZJ2A/B/C。三相合閘或分閘繼電器動(dòng)作后，繼電器本身一副輔助觸點(diǎn)（13-14）會(huì)形成自鎖，保持繼電器供電，繼電器另有輔助觸點(diǎn)（1-2、3-4、5-6）會(huì)接通電機(jī)控制回路，使得ABC三相電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)電機(jī)動(dòng)作。而接地開關(guān)、隔離開關(guān)合閘或分閘到位后，會(huì)帶動(dòng)輔助開關(guān)S0動(dòng)作，切斷合閘或分閘繼電器回路，從而切斷電機(jī)控制回路。

2 故障現(xiàn)象描述

三門核電500kV GIS在執(zhí)行設(shè)備停復(fù)役及維護(hù)過程中，發(fā)生了多次操作機(jī)構(gòu)三相不一致，某一相或兩相機(jī)構(gòu)延時(shí)動(dòng)作的情況，最長(zhǎng)延時(shí)時(shí)間達(dá)到4分鐘。出現(xiàn)延時(shí)動(dòng)作的設(shè)備，在第二次重復(fù)操作時(shí)，設(shè)備又能正常動(dòng)作，故障不會(huì)復(fù)現(xiàn)。

3 故障原因分析及處理

由圖1分析可知，同一合閘/分閘信號(hào)（脈沖信號(hào)）觸發(fā)三相機(jī)構(gòu)動(dòng)作，并且有一相或兩相已經(jīng)能正常動(dòng)作，所以說明合閘/分閘信號(hào)及供電電源正常。故障相延時(shí)一定時(shí)間后正常動(dòng)作，說明合閘繼電器ZJ1A/B/C或分閘繼電器ZJ2A/B/C已經(jīng)正確動(dòng)作，并且完成自鎖供電，所以故障的原因在電機(jī)回路。電機(jī)回路主要元?dú)饧校汉戏珠l繼電器輔助觸點(diǎn)、電動(dòng)解鎖線圈Y1及微動(dòng)開關(guān)S7、電機(jī)電樞繞組DS、電機(jī)激磁繞組JC、電容。由于電機(jī)能正常操作，所以故障可能原因?yàn)橹饕獮椋汉戏珠l繼電器輔助觸點(diǎn)、電動(dòng)解鎖線圈Y1及微動(dòng)開關(guān)S7。

3.1 電動(dòng)解鎖線圈Y1故障分析及排查

3.1.1 故障分析

電動(dòng)解鎖線圈Y1得電吸合后才能帶動(dòng)S7動(dòng)作，如果Y1未正確動(dòng)作，會(huì)造成電機(jī)電樞繞組DS無(wú)法得電，電機(jī)無(wú)法動(dòng)作。電磁鐵裝配是由鐵芯、壓板及黃銅柱為連接在一起的整體結(jié)構(gòu)，彎板上開有圓孔，黃銅柱可在圓孔軸向方向來(lái)回移動(dòng)。如果黃銅柱與彎板上的圓孔存在卡滯現(xiàn)象，將導(dǎo)致電磁鐵線圈受電后，鐵芯不能正常吸合或延時(shí)吸合，造成電機(jī)無(wú)法得電或延時(shí)得電。對(duì)于該問題，由于是裝配問題，所以故障會(huì)一直存在，不會(huì)出現(xiàn)故障不可復(fù)現(xiàn)的情況。

3.1.2 故障排查

對(duì)于所有有延時(shí)動(dòng)作的機(jī)構(gòu)進(jìn)行開關(guān)檢查，發(fā)現(xiàn)電磁鐵整體裝配良好，不存在黃銅柱與圓孔偏心卡澀的問題，并且送電觀察，電動(dòng)解鎖線圈Y1動(dòng)作良好，可以排除該故障原因。

3.2 微動(dòng)開關(guān)S7故障分析及排查

3.2.1 故障分析

微動(dòng)開關(guān)S7控制電機(jī)電樞繞組DS是否能得電，如果微動(dòng)開關(guān)安裝偏位，線圈受電鐵芯吸合后，導(dǎo)致微動(dòng)開關(guān)不能可靠導(dǎo)通。并且可能還存在壓板雖然可以壓到微動(dòng)開關(guān)按鈕，但由于微動(dòng)開關(guān)或電磁鐵安裝位置偏移等因素，造成微動(dòng)開關(guān)不能可靠導(dǎo)通，存在虛接，處于導(dǎo)通和未導(dǎo)通切換狀態(tài)。由于位置偏差微小，當(dāng)操作機(jī)構(gòu)再次操作時(shí)，可能又恢復(fù)正常，所以出現(xiàn)故障不可復(fù)現(xiàn)的情況。由于現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)多臺(tái)不同機(jī)構(gòu)出現(xiàn)相同的延時(shí)動(dòng)作問題，并且故障不能不能復(fù)現(xiàn)，所以同時(shí)出現(xiàn)安裝偏移故障概率比較低。

3.2.2 故障排查

對(duì)于所有有延時(shí)動(dòng)作的機(jī)構(gòu)進(jìn)行開關(guān)檢查，發(fā)現(xiàn)微動(dòng)開關(guān)裝配正確，不存在偏位的情況。通電以后微動(dòng)開工都能正常動(dòng)作。

3.3 合分閘繼電器輔助觸點(diǎn)問題分析及排查

3.3.1 故障分析

合分閘繼電器輔助觸點(diǎn)，控制著電機(jī)回路的通斷及電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。如果輔助開關(guān)接觸電阻過大，會(huì)對(duì)回路中的電動(dòng)解鎖線圈Y1形成分壓作用，而Y1動(dòng)作電壓約為20V，如果電壓過低，Y1拒動(dòng)或延時(shí)動(dòng)作，會(huì)造成電機(jī)電樞繞組DS無(wú)法得電，電機(jī)無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)。

輔助開關(guān)接觸電阻由觸點(diǎn)接觸面上的收縮電阻和表面膜電阻組成。收縮電阻與觸點(diǎn)材料、接觸形式、接觸壓力、表面狀況等因素有關(guān)。在一定范圍內(nèi)觸點(diǎn)在電流的作用下發(fā)熱，觸點(diǎn)表面溫度升高，觸點(diǎn)材料軟化，在觸點(diǎn)接觸壓力的作用下，觸點(diǎn)變形使實(shí)際接觸面積增大可引起接觸電阻下降。

表面膜電阻主要是由雜質(zhì)、氧化膜或其他化合物的表面膜構(gòu)成的電阻。觸點(diǎn)的污染，會(huì)在觸點(diǎn)之間出現(xiàn)雜質(zhì)或生成膜，使接觸電阻大大升高，甚至造成觸點(diǎn)不通。觸點(diǎn)污染主要有以下幾種：

（1）塵埃：主要指各種固體的微粒。由于塵埃與觸點(diǎn)之間是借助靜電吸力而粘附在一起，所以容易脫落使接觸恢復(fù)，因此接觸電阻的變化具有斷續(xù)性。

（2）吸附膜：氣體分子或水分子在觸點(diǎn)表面的吸附層。在低溫條件下，因繼電器觸點(diǎn)周圍的潮氣存在，潮氣會(huì)凝結(jié)成霜的形式吸附在觸點(diǎn)表面上，使得接觸電阻變大。隨著觸頭壓力的增大，該吸附膜的厚度可以減少到幾個(gè)分子層。

（3）碳的附著層：在工作中觸點(diǎn)經(jīng)常的摩擦，并有電弧或火花作業(yè)，使附件的含碳物質(zhì)的微粒分解，沉積在觸點(diǎn)表面，形成碳的附著層，該附著層電阻隨壓力大小而改變。

（4）無(wú)機(jī)膜：觸點(diǎn)金屬在自然環(huán)境下，表面生產(chǎn)各種化合膜。在觸點(diǎn)之間加一定電壓時(shí)，無(wú)機(jī)膜可能被擊穿。

（5）有機(jī)膜：從絕緣材料中排出的有機(jī)蒸汽在金屬表面形成的粉末狀聚合物。有機(jī)膜也能在電壓下發(fā)生擊穿反應(yīng)，但擊穿電壓較高。

綜上所述，繼電器觸點(diǎn)接觸電阻偏高，但在回路帶電的情況下，電流的熱效應(yīng)可能引起觸頭形變，增加接觸壓力，增加接觸面積，從而減小收縮電阻以及吸附膜及碳的附著層引起的膜電阻。而電壓的擊穿效應(yīng)，減少無(wú)機(jī)膜和有機(jī)膜形成的膜電阻。所以可能存在通電一定時(shí)間后，接觸電阻變小，電壓的分壓作用變小。電動(dòng)解鎖線圈Y1上的電壓達(dá)到動(dòng)作電壓后，Y1帶動(dòng)S7動(dòng)作，電機(jī)回路接通動(dòng)作。結(jié)合故障實(shí)際，繼電器接觸電阻偏高引起機(jī)構(gòu)延時(shí)動(dòng)作故障概率比較大。

3.3.2 故障排查

在檢修期間，對(duì)所有停電間隔內(nèi)的幾十個(gè)隔離開關(guān)、接地開關(guān)分合閘繼電器進(jìn)行檢查，檢查發(fā)現(xiàn)，繼電器觸點(diǎn)接觸電阻普遍偏高，數(shù)值由幾十歐姆到幾千歐姆。所以繼電器觸點(diǎn)接觸電阻高是隔離開關(guān)、接地開關(guān)延時(shí)動(dòng)作的根本原因。

3.3.3 故障處理

由于三門核電位于浙江沿海地區(qū)，常年濕度較大，潮濕的環(huán)境容易使觸點(diǎn)產(chǎn)生表面膜，造成接觸電阻過大。而匯控柜內(nèi)溫濕度控制器設(shè)定為：溫度：5℃-15℃，濕度：75%-85%RH。

所以為了改善繼電器運(yùn)行環(huán)境，將溫濕度控制器設(shè)定為溫度：10℃-20℃，濕度：45%-55%RH。修改溫濕度定值后，觀察現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)動(dòng)作延時(shí)的機(jī)構(gòu)明顯減少，在后續(xù)停復(fù)役過程中，只有零星幾個(gè)機(jī)構(gòu)存在延時(shí)問題。在后續(xù)維護(hù)過程中，測(cè)量繼電器接觸電阻，對(duì)于仍然存在問題的繼電器進(jìn)行更換處理。

4 運(yùn)行維護(hù)建議

針對(duì)三門核電現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的隔離開關(guān)、接地開關(guān)操作機(jī)構(gòu)延時(shí)動(dòng)作的分析處理，對(duì)后續(xù)設(shè)備的設(shè)計(jì)、調(diào)試、維護(hù)有如下建議：

第一，在設(shè)計(jì)階段，需要充分考慮設(shè)備實(shí)際安裝現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際考慮通風(fēng)、除濕等設(shè)計(jì)，及各控制柜溫濕度定值設(shè)置。

第二，設(shè)備調(diào)試時(shí)，繼電器需要測(cè)量繼電器通電狀態(tài)下輔助開關(guān)的接觸電阻。

第三，在設(shè)備維護(hù)時(shí)，需要測(cè)量輔助開關(guān)的接觸電阻，對(duì)于明顯超出初始數(shù)據(jù)的繼電器進(jìn)行更換或維修。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于隔離開關(guān)、接地開關(guān)，控制回路元器件故障，一般都會(huì)引起機(jī)構(gòu)拒動(dòng)故障。但是對(duì)于一些特殊觸點(diǎn)，如果接觸電阻偏大一定范圍，在回路電壓和電流作用下，一定時(shí)間內(nèi)回路仍然可能導(dǎo)通，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)延時(shí)動(dòng)作的情況。