一起發(fā)電機(jī)出口斷路器回路電阻超標(biāo)原因分析

白云駒

（中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443002）

0 引言

斷路器是電力系統(tǒng)中常見設(shè)備，主要起保護(hù)與控制作用，是整個(gè)電網(wǎng)中開斷負(fù)荷電流、故障電流最關(guān)鍵的元件。同時(shí)，為增加電廠運(yùn)行調(diào)度的靈活性，配合機(jī)組開、停機(jī)操作，減少輸電線路中高壓斷路器的分合次數(shù)，最大化滿足發(fā)電機(jī)-變壓器單位實(shí)現(xiàn)快速短路保護(hù)以及在發(fā)電機(jī)側(cè)進(jìn)行同期操作的要求，通常在發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)斷路器（generator circuit breaker，GCB）[1]。

伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)電能的依賴程度越來越高。同時(shí)，由于發(fā)電機(jī)出口斷路器在機(jī)組發(fā)電、運(yùn)行調(diào)度、調(diào)峰調(diào)頻過程中起到至關(guān)重要的作用，因此，需要不斷提升斷路器的安全性和可靠性，以確保發(fā)電機(jī)、電廠等電力系統(tǒng)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

某電站發(fā)電機(jī)出口斷路器1999 年出廠，2000 年投運(yùn)。2021年1 月在對(duì)該斷路器滅弧室解體大修時(shí)，在修前試驗(yàn)中出現(xiàn)回路電阻測(cè)量值偏大的現(xiàn)象。本文主要分析該斷路器回路電阻測(cè)量值超標(biāo)原因，并提出相應(yīng)改進(jìn)措施。

1 回路電阻試驗(yàn)意義與原理

斷路器的回路電阻主要取決于斷路器的動(dòng)、靜接頭的接觸電阻。接觸電阻過大時(shí)，斷路器正常運(yùn)行時(shí)接觸處的溫度會(huì)升高，電能的損耗會(huì)增大。嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響斷路器載流能力和故障電流切斷能力，危害整個(gè)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。此外，斷路器回路電阻值可以反映出設(shè)備安裝檢修質(zhì)量的優(yōu)劣[2]，為后續(xù)制定檢修計(jì)劃和項(xiàng)目提供數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。因此，定期測(cè)試斷路器回路電阻就顯得尤為必要。

工程中通常采用四端子法來測(cè)量導(dǎo)體的回路電阻。依據(jù)《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50150—2016）和《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 596—2021）中關(guān)于斷路器導(dǎo)電回路電阻的標(biāo)準(zhǔn)和要求，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)采用直流壓降法測(cè)量，電流不小于100A。電流施加在斷路器待測(cè)回路電阻兩端。為提高測(cè)量精準(zhǔn)度，電流線夾在設(shè)備外側(cè)，電壓線夾在設(shè)備內(nèi)側(cè)，電流與電壓必須同極性，并持續(xù)一定時(shí)間，分別采樣回路電阻輸入端電壓值和流經(jīng)的電流值，根據(jù)歐姆定律計(jì)算出電阻值[3]，如圖1 所示。

圖1 斷路器導(dǎo)電回路電阻測(cè)量

2 故障概述

2021 年1 月20 日在對(duì)該斷路器進(jìn)行修前試驗(yàn)。除斷路器整體導(dǎo)電回路電阻偏高外其余試驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)果合格。同時(shí)，滅弧室回路電阻符合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，但斷路器整體回路電阻三相均偏大。數(shù)據(jù)如表1 所示，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，隔離刀閘回路電阻偏大。經(jīng)初步分析，認(rèn)為臟污、觸指彈簧彈力減小可能會(huì)導(dǎo)致隔離刀閘回路電阻偏大。并以斷路器大修為契機(jī)，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)異常原因進(jìn)行排查，提升對(duì)設(shè)備的認(rèn)知和理解能力，為后續(xù)設(shè)備巡檢及檢修提供一定的指導(dǎo)價(jià)值。

表1 修前試驗(yàn)回路電阻數(shù)據(jù)

3 檢修過程

3.1 臟污清理

該斷路器滅弧室大修期間，按照檢修方案拆除三相隔離刀閘觸指，發(fā)現(xiàn)鑄件和彈簧觸指表面有黑色臟污。用無水乙醇和無毛紙對(duì)鑄件和觸指進(jìn)行清洗。清洗完成后在相應(yīng)位置涂抹導(dǎo)電膏并原位回裝。整體回裝完成后，對(duì)該斷路器整體回路電阻進(jìn)行復(fù)測(cè)，滅弧室回路電阻合格，整體回路電阻三相仍然偏大，較清洗前數(shù)據(jù)無明顯變化，如表2 所示。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷零部件表面臟污并非此次回路電阻偏大的原因。鑄件及彈簧觸指壓環(huán)清洗前后分別如圖2、圖3 所示。

表2 臟污清理后回路電阻數(shù)據(jù)

圖2 鑄件及彈簧觸指壓環(huán)清洗前

圖3 鑄件及彈簧觸指壓環(huán)清洗后

3.2 隔離刀閘觸指的更換

3.2.1 A 相隔離刀閘觸指部分更換

由于觸指清洗后試驗(yàn)數(shù)據(jù)無明顯變化，決定更換部分觸指。該斷路器每相隔離刀閘隔刀側(cè)及發(fā)電機(jī)出口斷路器側(cè)各有36組觸指，每組有5 個(gè)彈簧觸指，單側(cè)共有180 個(gè)彈簧觸指，一相隔離刀閘總共有360 個(gè)彈簧觸指。由于全新彈簧觸指?jìng)淦分挥?80 個(gè)，不滿足全部更換彈簧觸指的條件，因此暫時(shí)選擇更換部分彈簧觸指，以此來判斷觸指彈簧彈力不足是否為本次回路電阻偏大主因。

在A 相斷路器側(cè)更換了30 個(gè)全新彈簧觸指，替換對(duì)象為露銅明顯的彈簧觸指，新觸指與舊觸指隨機(jī)混搭；A 相隔離刀閘側(cè)以相同方式更換30 個(gè)全新彈簧觸指。彈簧觸指更換完畢后復(fù)測(cè)回路電阻，數(shù)據(jù)如表3 所示，發(fā)現(xiàn)回路電阻較更換觸指前并無明顯下降趨勢(shì)。

表3 A 相更換部分觸指前后回路電阻數(shù)據(jù)

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析判斷，更換部分彈簧觸指無法減小回路電阻。受到觸指?jìng)淦窋?shù)量限制，無法整體更換。因此，試驗(yàn)人員決定對(duì)隔離刀閘回路電阻進(jìn)行分段測(cè)量，并根據(jù)分段測(cè)量結(jié)果有針對(duì)性地處理本次故障。分段情況如圖4 所示。

圖4 分段測(cè)量

分段測(cè)量數(shù)據(jù)如表4 所示。根據(jù)表4 回路電阻分段測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，隔離刀閘隔刀側(cè)回路電阻值A(chǔ)、B 兩相略高于C 相，隔離刀閘發(fā)電機(jī)出口斷路器側(cè)回路電阻值C 相數(shù)據(jù)較A、B 兩相明顯偏大。因此，為進(jìn)一步探究回路電阻數(shù)據(jù)異常原因，決定對(duì)C 相隔離刀閘斷路器側(cè)觸指進(jìn)行整體更換，比較更換前后試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表4 分段測(cè)量回路電阻數(shù)據(jù)

3.2.2 C 相隔離刀閘觸指整體更換

根據(jù)表4 回路電阻分段測(cè)量數(shù)據(jù)和上述分析，將A 相更換的新彈簧觸指拆下，將C 相隔離刀閘斷路器側(cè)180 個(gè)觸指全部更換為新觸指彈簧。更換完成后復(fù)測(cè)，進(jìn)一步判斷觸指彈簧彈力不足是否為本次回路電路電阻偏大的原因。測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)如表5所示，回路電阻值較整體更換前無明顯下降趨勢(shì)。

表5 C 相隔離刀閘斷路器側(cè)觸指整體更換前后回路電阻數(shù)據(jù)

由此可見，觸指彈簧彈力不足不是本次回路電阻偏大主因。

3.3 隔離刀閘回路阻分段測(cè)量

為查找本次故障原因，在3.2 的基礎(chǔ)之上對(duì)回路電阻進(jìn)一步進(jìn)行分段測(cè)量，測(cè)量隔刀側(cè)鑄件、導(dǎo)電桶、發(fā)電機(jī)出口斷路器側(cè)鑄件三部分回路電阻，發(fā)現(xiàn)三者回路電阻很小，在隔離刀閘整段回路電阻中可忽略不計(jì)。

因此，將隔離刀閘導(dǎo)電回路電阻聚焦在以下4 個(gè)位置：①測(cè)量隔離刀閘鑄件與彈簧觸指的回路電阻（測(cè)試點(diǎn)1）。②彈簧觸指與導(dǎo)電桶的回路電阻（隔離刀閘側(cè)）（測(cè)試點(diǎn)2）。③導(dǎo)電桶與彈簧觸指的回路電阻（斷路器側(cè)）（測(cè)試點(diǎn)3）。④斷路器鑄件與彈簧觸指的回路電阻（測(cè)試點(diǎn)4）。采用相同的儀器、相同的試驗(yàn)方法，對(duì)上述4 個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量位置如圖5～圖8 所示，測(cè)試結(jié)果如表6 所示。

表6 分段測(cè)量回路電阻數(shù)據(jù)

圖5 彈簧觸指與鑄件接觸

圖6 彈簧觸指與導(dǎo)電桶接觸

圖7 分段測(cè)量實(shí)物

圖8 分段測(cè)量

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，測(cè)試點(diǎn)1 和4，即隔離刀閘鑄件與彈簧觸指和斷路器鑄件與彈簧觸指的回路電阻在整個(gè)隔離刀閘回路電阻中占比較大，可知隔離刀閘回路電阻主要分布在彈簧觸指與鑄件接觸處，兩側(cè)導(dǎo)電桶與彈簧觸指之間的回路電阻可忽略不計(jì)。由此推斷，本次斷路器整體回路電阻超標(biāo)是兩側(cè)鑄件與彈簧觸指接觸不良導(dǎo)致。對(duì)隔離刀閘與滅弧室鑄件進(jìn)行更換即可處理該斷路器回路電阻偏大的異常情況。

4 結(jié)語

針對(duì)斷路器回路電阻測(cè)試結(jié)果異常的現(xiàn)象，以斷路器滅弧室解體大修為契機(jī)，本文從臟污清理、觸指更換、分段測(cè)量3 個(gè)方面分析了影響斷路器回路電阻測(cè)試結(jié)果的因素。本文所述方法對(duì)處理類似回路電阻偏大的故障具有一定借鑒和指導(dǎo)意義。同時(shí)，小電流下（常規(guī)直流100～600A）斷路器導(dǎo)電回路電阻測(cè)試結(jié)果有時(shí)不能真實(shí)反應(yīng)斷路器帶負(fù)荷電流時(shí)的觸頭接觸狀況[4]，應(yīng)依據(jù)實(shí)際情況，滿足條件時(shí)可分段測(cè)量回路電阻，排查并消除故障隱患。此外，由于該電站發(fā)電機(jī)出口斷路器運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，普遍超過15 年，應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行過程中的巡檢工作。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即開展全面分析或停電檢查，切實(shí)提高設(shè)備可靠性，確保電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。