VD4 型真空斷路器合閘閉鎖回路故障分析及改進措施

楊 植

（廣東粵電中山熱電廠有限公司，廣東中山 528403）

ABB 公司生產(chǎn)的VD4 型真空斷路器由于運行可靠、滅弧性能優(yōu)秀，在電廠6 kV 斷路器柜所配置的中置式真空斷路器中應用廣泛。以某廠為例，4臺330 MW 機組，共配16 段6 kV 母線，共212 臺ABB VD4 型中置式真空斷路器，使用至今無1 臺發(fā)生拉弧、短路、爆炸等重大事故。但在實際操作過程中，由于斷路器合閘閉鎖電磁鐵故障，導致發(fā)生多次因斷路器合閘機構(gòu)閉鎖而無法正常合閘事件，并造成了不良后果。因此，需高度重視此問題并采取相應的改進措施，以使機組安全運行。

1 VD4 型真空斷路器存在的問題

2017 年以來，該廠陸續(xù)發(fā)生過多臺熱備用負荷的VD4 型真空斷路器無法合閘的事件。經(jīng)統(tǒng)計，至2020 年底共發(fā)生18 起熱備用負荷的VD4 型真空斷路器無法合閘，涉及磨煤機、循環(huán)水泵、6 kV母線備用電源等各類熱備用負荷，特別是2018 年發(fā)生1 起機組跳閘后因電泵電源拒合而導致鍋爐干鍋，使得故障擴大，事后經(jīng)查均是合閘閉鎖電磁鐵燒壞而使斷路器合閘機構(gòu)閉鎖，導致無法合閘?？梢姅嗦菲骱祥l閉鎖電磁鐵一旦損壞將使斷路器不能正常備用，如果不及時發(fā)現(xiàn)處理將會影響機組負荷調(diào)整和安全運行。

2 故障分析

VD4 型真空斷路器合閘閉鎖電磁鐵工作原理如圖1 所示[1]：當斷路器處于跳閘狀態(tài)而斷路器柜手車處于工作位置時，合閘閉鎖繼電器Y1 通過小車工作位置的常開接點S9、斷路器輔助接點S3-1和整流橋V1 構(gòu)成回路而產(chǎn)生勵磁，Y1 線圈動作吸合動鐵芯金屬桿，開放斷路器的合閘脫扣機構(gòu)S2，允許合閘。當斷路器處于跳閘狀態(tài)而斷路器柜手車處于試驗位置時，合閘閉鎖繼電器Y1 通過小車試驗位置的常閉接點S8、斷路器輔助接點S3-1 和整流橋V1 構(gòu)成回路而產(chǎn)生勵磁，Y1 線圈動作吸合動鐵芯金屬桿，開放斷路器的合閘脫扣機構(gòu)S2，允許合閘。在斷路器處于合閘位置時，開關(guān)柜手車不論在“工作位置”還是在“試驗位置”，均由斷路器的常閉輔助接點S3-1 斷開此回路，Y1 線圈失電，動鐵芯金屬桿彈出，閉鎖斷路器的合閘脫扣機構(gòu)S2，不允許重復合閘。

圖1 VD4 型真空斷路器合閘閉鎖原理圖

當斷路器不在工作位或者試驗位時，位置接點S8/S9 不通，合閘閉鎖電磁鐵Y1 失電，動鐵芯金屬桿彈出，閉鎖斷路器的合閘脫扣機構(gòu)S2，不允許合閘，由此可知，VD4 型真空斷路器閉鎖電磁鐵的作用是通過其動鐵芯金屬桿與斷路器合閘脫扣機構(gòu)S2 相互配合防止推拉小車過程中合閘，實現(xiàn)斷路器五防功能中的防止帶負荷推拉小車，即相當于防止帶負荷拉合隔離開關(guān)。雖然這個設計是合理的，但也存在一個隱患，就是合閘閉鎖電磁鐵線圈燒毀也會導致斷路器合閘閉鎖。線圈燒毀一旦需要斷路器合閘時也無法合上[2-3]。

綜合分析近年來合閘閉鎖電磁鐵線圈頻繁燒毀的原因，主要有以下幾點：一是當負荷長期處于熱備用狀態(tài)時，由于斷路器控制操作電源不允許斷開，合閘閉鎖電磁鐵長時間帶電，電磁鐵容易發(fā)熱導致線圈發(fā)熱老化甚至燒毀。二是隨著市場競爭激烈，市場上的電磁鐵線圈生產(chǎn)廠家增多，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，為控制成本，使用的材料質(zhì)量可能較以前有所下降。

3 改進措施

由于斷路器在運行狀態(tài)下無法監(jiān)視其合閘回路，若此時合閘閉鎖電磁鐵線圈燒毀，對斷路器運行并無影響，且現(xiàn)有VD4 真空斷路器的控制回路上未設置對合閘閉鎖電磁鐵的合閘監(jiān)控指示回路，所以該故障不易被及時發(fā)現(xiàn)。只有當斷路器合閘時該故障才會被發(fā)現(xiàn)，從而造成緊急情況下無法及時送電的隱患。在電廠內(nèi)諸如磨煤機的重要輔機電源開關(guān)合閘閉鎖電磁鐵損壞，則不能及時啟動輔機，影響發(fā)電機組負荷調(diào)整。如6 kV 母線備用電源開關(guān)合閘閉鎖電磁鐵損壞，則不能正常備用，如果不及時發(fā)現(xiàn)，一旦機組跳閘，備用電源拒合，事故就會擴大，影響機組安全。為此，我們考慮過多種措施進行處理。

a）取消合閘閉鎖回路。這種方法可以避免因合閘閉鎖電磁鐵故障而不能合閘的問題，但取消合閘閉鎖電磁鐵后，合閘回路不受限制，很顯然這種方法存在帶負荷進行操作手車的危險，不滿足電力系統(tǒng)五防的要求。

b）改進操作方式，盡可能減少合閘閉鎖電磁鐵通電時間。斷路器處于斷開狀態(tài)時，安排運行人員將控制電源切斷，合閘閉鎖電磁鐵就不帶電，合閘前再送控制電源，但很顯然這種操作方式滿足不了電廠機組負荷隨時調(diào)整啟停的要求和備用電源必須快速投入的安全需求。

c）利用機組大小修停電時，定期更換合閘閉鎖電磁鐵。該措施在一定程度上降低了合閘閉鎖電磁鐵在運行中燒毀的幾率，但仍無法提前發(fā)現(xiàn)電磁鐵故障，消除不能及時送電的隱患。

為在日常運行巡查中能隨時監(jiān)控VD4 斷路器合閘閉鎖電磁鐵的狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)隱患，及時處理，以實現(xiàn)現(xiàn)有的VD4 斷路器安全運行和正常熱備用的要求，針對原控制回路進行了改進，在VD4 斷路器本體上增加對合閘閉鎖電磁鐵的監(jiān)控指示回路（如圖2 所示，虛線框部分為增加的回路）。

圖2 VD4 型真空斷路器合閘閉鎖增加監(jiān)視回路

監(jiān)控指示回路由綠色發(fā)光二極管作為指示燈LD 與其限流電阻RLD串聯(lián)組成，綠色發(fā)光二極管LD 安裝在VD4 真空斷路器的面板上，從輔助開關(guān)S3 的第一常閉接點S3-1、運行位常開接點S9 以及試驗位常閉接點S8 的公共端引出，經(jīng)過指示燈LD與限流電阻RLD后，接至閉鎖電磁鐵的常開接點S2以及輔助開關(guān)S3 的第二常閉接點S3-2 的公共端。

VD4 真空斷路器在試驗位或者工作位且控制電源有電狀態(tài)下，控制電源的一端經(jīng)過運行位常開接點S9 和試驗位常閉接點S8、指示燈LD 及其限流電阻RLD、處于閉合狀態(tài)的閉鎖電磁鐵Y1 的常開接點S2、合閘脫扣繼電器Y3 線圈至合閘線圈用整流橋V3 構(gòu)成回路，指示燈LD 正常亮，指示閉鎖電磁鐵Y1 及其合閘電路正常；當閉鎖電磁鐵故障時，監(jiān)控指示支路的一端失電，指示燈LD 不亮，指示合閘電路有故障，設備已失去備用功能，需要馬上檢查和處理。

VD4 真空斷路器合閘運行時，輔助開關(guān)S3 的第二常閉接點S3-2 斷開，監(jiān)控指示支路與合閘電路其他回路隔離，監(jiān)控指示支路的一端失電，指示燈LD 不亮，對開關(guān)所有的控制無任何影響。

此改進簡單易行，安全可靠，可以對斷路器的合閘閉鎖電磁鐵回路實施有效可靠的監(jiān)控指示。將燈安裝在開關(guān)本體的面板上，在面板上開孔安裝指示燈，在開關(guān)輔助接點S3 的1、2 上引出2 根線即可，時間約0.5 h 即可完成，所增加的監(jiān)視用綠燈LD 選用發(fā)光二極管、高內(nèi)阻等工藝制作的節(jié)能燈，發(fā)熱量小，綠燈正常運行時電流為13 mA 以下，安全可靠，安裝后很好觀察。該監(jiān)控指示支路不僅用于可靠地監(jiān)視合閘閉鎖電磁鐵是否正常，還能監(jiān)視VD4 真空斷路器在工作或試驗位時分閘狀態(tài)下整個合閘回路上的儲能接點、輔助開關(guān)接點、合閘閉鎖用整流橋、合閘線圈用整流橋、合閘脫扣繼電器的合閘電路是否正常，確保平時巡檢發(fā)現(xiàn)合閘電路的異常，以便提前處理缺陷，保證備用設備的備用功能可靠。

4 結(jié)束語

在VD4 斷路器本體上增加對合閘閉鎖電磁鐵的監(jiān)控指示回路的改進措施實施后，斷路器運行穩(wěn)定，廠內(nèi)沒有再發(fā)生過備用斷路器因合閘閉鎖電磁鐵故障而無法及時合閘的事件，巡檢人員在日常巡檢過程中就能及時發(fā)現(xiàn)合閘閉鎖電磁鐵故障，提前處理，將隱患消滅于萌芽之中，提高了發(fā)電機組備用輔機和備用電源的可靠性，確保了發(fā)電機組負荷增加時能及時開啟備用輔機，確保備用電源在工作電源故障時能正確投運，確保不因為輔機投運不上而損失調(diào)度負荷，不再出現(xiàn)發(fā)電機組事故跳閘后電動給水泵開關(guān)投運不上而導致鍋爐干鍋等惡性事故。