氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（gas insulated switchgear, GIS）由于占地面積少、運(yùn)行維護(hù)簡單、可靠性、安全性高等優(yōu)點(diǎn)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用越來越多[1]。GIS的核心設(shè)備是斷路器，其承載正常工作電流，切除故障電流，在電網(wǎng)中具有保護(hù)和控制的雙重作用，是保障電力系統(tǒng)安全的重要設(shè)備[2]。

斷路器動作時(shí)由操動機(jī)構(gòu)提供能量，其操動機(jī)構(gòu)有很多種，液壓彈簧操動機(jī)構(gòu)是其中之一。液壓彈簧操動機(jī)構(gòu)是由碟形彈簧作為儲能部件、液壓油為傳動載體的高壓斷路器操動機(jī)構(gòu)，因驅(qū)動能量大、傳動平穩(wěn)、動作速度快的特點(diǎn)，在高壓斷路器中的到了廣泛的應(yīng)用[3-4]。

但運(yùn)行中液壓機(jī)構(gòu)的故障現(xiàn)象還是時(shí)有發(fā)生[5-10]。近期安徽某500kV變電站220kV GIS設(shè)備區(qū)一日內(nèi)連續(xù)發(fā)生多起液壓機(jī)構(gòu)斷路器儲能異常事件，檢修人員應(yīng)急處理，成功分析出原因并解決問題。

1 異常描述

2017年11月29日凌晨，安徽地區(qū)某500kV變電站220kV設(shè)備區(qū)2871斷路器C相發(fā)“電動機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號，站內(nèi)運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)問題后，按經(jīng)驗(yàn)在匯控柜復(fù)歸報(bào)警信號，復(fù)歸后信號暫時(shí)消失，但是3min左右后C相又報(bào)警。

2017年11月29日，檢修人員到變電站開展相關(guān)缺陷檢查、處理工作。在檢修人員應(yīng)急處理期間2800斷路器A相又發(fā)“電動機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號，復(fù)歸后報(bào)警信號消除，但仍未儲能到位。

為避免損失負(fù)荷，兩組異常斷路器2871、2800均在運(yùn)行狀態(tài)。檢修人員先后檢查兩臺斷路器異常相機(jī)構(gòu)箱，發(fā)現(xiàn)液壓彈簧之間空隙較大，確認(rèn)未完全儲能。對兩組斷路器匯控柜、機(jī)構(gòu)箱內(nèi)所有相關(guān)端子排接線端子、繼電器接線端子進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)接線并無松動。

圖1 液壓彈簧未儲能到位

該GIS生產(chǎn)廠家：西安西開高壓電氣股份有限公司，斷路器型號：LWG9-252，采用液壓彈簧儲能，操動機(jī)構(gòu)型號：CYA3-II。兩臺斷路器2008年6月生產(chǎn)，2008年12月投運(yùn)。

2 儲能及保護(hù)回路原理介紹

斷路器儲能主要涉及3個(gè)回路：電動機(jī)回路、電動機(jī)控制回路、電動機(jī)保護(hù)回路。各回路電路圖如圖2至圖4所示，元件參數(shù)見表1。

下面介紹各回路的工作原理。

圖2 電動機(jī)回路

圖3 電動機(jī)控制回路

圖4 電動機(jī)保護(hù)回路

2.1 電動機(jī)回路

電動機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)帶動液壓彈簧儲能，為斷路器動作提供能量。電動機(jī)回路內(nèi)串聯(lián)熱繼電器49MA（B、C）的發(fā)熱元件和接觸器88MA（B、C）的常開接點(diǎn)。

表1 元件功能表

2.2 電動機(jī)控制回路

電動機(jī)控制回路內(nèi)的接觸器88MA（B、C）的兩對常開接點(diǎn)1-2、3-4串接在電動機(jī)回路里面，靠此控制電動機(jī)啟停。正常情況下當(dāng)斷路器動作或其他原因（如手動泄壓）使壓力泄掉后，限位開關(guān)33hb會閉合接通電動機(jī)控制回路，使接觸器線圈帶電，接觸器常開接點(diǎn)閉合，接通電動機(jī)回路儲能。當(dāng)斷路器儲能到位時(shí)，通過滾輪切斷限位開關(guān)33hb，使接觸器失電，進(jìn)而切斷電動機(jī)回路停止儲能。

電動機(jī)控制回路中還串有電動機(jī)保護(hù)繼電器49MXA（B、C）的31-32常閉接點(diǎn)，其線圈在電動機(jī)保護(hù)回路里。

2.3 電動機(jī)保護(hù)回路

當(dāng)斷路器儲能出現(xiàn)異常時(shí)，會通過電動機(jī)保護(hù)回路切斷電動機(jī)控制回路，保護(hù)電動機(jī)、繼電器，避免事態(tài)擴(kuò)大。電動機(jī)保護(hù)主要有兩種形式：過流保護(hù)和過時(shí)保護(hù)。

如果電動機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)受到很大的阻力，回路就會產(chǎn)生大電流，熱繼電器49MA（B、C）在大電流通過時(shí)快速發(fā)熱并動作，其在電動機(jī)保護(hù)回路里的常開接點(diǎn)97-98閉合，使電動機(jī)保護(hù)繼電器49MXA（B、C）線圈得電，電動機(jī)保護(hù)繼電器通過本身的常開接點(diǎn)13-14自保持使電動機(jī)保護(hù)回路一直接通。

49MXA（B、C）得電后，還會斷開在電動機(jī)控制回路里的常閉接點(diǎn)31-32，切斷電動機(jī)控制回路，使接觸器88MA（B、C）接觸器失電，進(jìn)而切斷電動機(jī)回路。這就是電動機(jī)的過流保護(hù)，與此同時(shí)將發(fā)“電動機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號。

正常情況下電動機(jī)幾十秒內(nèi)將完成儲能，當(dāng)遇到故障情況（如電動機(jī)空轉(zhuǎn)甚至不轉(zhuǎn)）時(shí)，斷路器儲能一定時(shí)間（此GIS斷路器整定為150s）后仍不能儲能到位，電動機(jī)保護(hù)回路里的時(shí)間繼電器48T A（B、C）將會動作，同樣使電動機(jī)保護(hù)繼電器49MXA（B、C）得電并自保持，切斷電動機(jī)控制回路及電動機(jī)回路。這就是電動機(jī)的過時(shí)保護(hù)，與此同時(shí)將發(fā)“電動機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號。

電動機(jī)保護(hù)回路里的RESET按鈕可以復(fù)歸回路。按下RESET按鈕將切斷電動機(jī)保護(hù)回路使49MXA（B、C）失電，“電動機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號將會消失，同時(shí)在未儲能到位的情況下電動機(jī)保護(hù)繼電器49MXA（B、C）的常閉接點(diǎn)31-32使電動機(jī)控制回路接通，進(jìn)一步接通電動機(jī)回路。松開按鈕后，如果是偶然性故障，就順利完成儲能；如果故障未解除，就會發(fā)“電動機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號。

3 異常排查分析及處理

3.1 電動機(jī)保護(hù)回路排查與分析

首先對2871斷路器異常相C相電動機(jī)保護(hù)回路各端子電位進(jìn)行測量，結(jié)果顯示電動機(jī)保護(hù)繼電器49MXC的14號端子與13號端子同電位，49MXC線圈兩端帶電，表明49MXC已經(jīng)自保持，與正常相不同。分析易得：與電動機(jī)保護(hù)繼電器49MXC的接點(diǎn)13-14相并聯(lián)的時(shí)間繼電器48TC的接點(diǎn)67-68、熱繼電器49MC的97-98接點(diǎn)至少有一對先接通才能起動電動機(jī)保護(hù)繼電器使之自保持。

為檢查出是過流保護(hù)還是過時(shí)保護(hù)，檢修人員快速按下回路復(fù)歸按鈕RESET并松開，瞬時(shí)切斷電動機(jī)保護(hù)回路，使49MXC失電自保持破壞。結(jié)果異常相并不能儲能，并且經(jīng)過2～3min后，又發(fā)“電動機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號。據(jù)此可以排除熱偶動作導(dǎo)致回路接通的可能性，若是熱偶動作導(dǎo)致異常發(fā)生，且熱偶未復(fù)歸，則電動機(jī)保護(hù)回路復(fù)歸后49MXC會立即得電發(fā)報(bào)警信號，而不是過一段時(shí)間才發(fā)。

解開49MC的98端子接線，測量98端子電壓為零電位，驗(yàn)證了熱偶沒有動作的推斷。解開48TC的68端子接線，測量68端子電壓與67端子一致。現(xiàn)象與過時(shí)保護(hù)相符，說明是時(shí)間繼電器48TC的67-68接點(diǎn)導(dǎo)通，使49MXC帶電并通過13-14接點(diǎn)自保持，發(fā)“電動機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號。

3.2 電動機(jī)控制回路排查與分析

測量異常相C相限位開關(guān)33hb兩端電壓為零，測量接觸器88MC線圈兩端電壓為零，測量電動機(jī)保護(hù)繼電器49MXC的31-32接點(diǎn)兩端電壓為電源電壓，表明2871斷路器C相的限位開關(guān)確未斷開，接觸器88MC未吸合，49MXC得電動作后常閉接點(diǎn)31-32斷開。復(fù)歸電動機(jī)保護(hù)回路，接觸器88MC線圈帶電吸合。說明復(fù)歸回路時(shí)C相電動機(jī)控制回路接通，然而C相仍然無法儲能，問題應(yīng)該在電動機(jī)回路。

3.3 電動機(jī)回路排查與分析

在復(fù)歸電動機(jī)保護(hù)回路后，測量熱繼電器49MC的2和4端子兩端為電源電壓。這表明異常相電動機(jī)兩側(cè)已有電，但電動機(jī)未轉(zhuǎn)動。檢修人員打開斷路器異常相機(jī)構(gòu)箱后柜門檢查電動機(jī)。經(jīng)過仔細(xì)的檢查發(fā)現(xiàn)電動機(jī)電刷的壓緊彈片錯(cuò)位，沒有壓到電刷，如圖5所示，導(dǎo)致電刷不能接觸電動機(jī)換向器，電動機(jī)不轉(zhuǎn)。

圖5 電刷壓緊彈片錯(cuò)位

對于2800斷路器，檢查發(fā)現(xiàn)同樣存在電刷錯(cuò)位的問題。不過2800斷路器發(fā)生異常時(shí)有不同于2871斷路器的現(xiàn)象：異常后運(yùn)維人員復(fù)歸2800斷路器電動機(jī)保護(hù)回路，2800斷路器A相不能儲能，但是一直未發(fā)“電動機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號，而2871斷路器復(fù)歸幾分鐘后又發(fā)報(bào)警信號。這表明2800斷路器A相電動機(jī)保護(hù)回路沒有接通。

由前述分析很容易得知熱繼電器未動作，過流報(bào)警回路沒問題。很可能是2800斷路器A相過時(shí)報(bào)警回路出問題。檢修人員把A相時(shí)間繼電器取下測試其功能，結(jié)果顯示該繼電器已損壞：正常情況下在設(shè)定的時(shí)間150s左右該繼電器48TA將會動作，其常開接點(diǎn)67-68將閉合，然而檢修人員多次測試、時(shí)間長達(dá)半小時(shí)該繼電器都沒有動作，表明該時(shí)間繼電器已損壞。

3.4 缺陷處理

對于2871斷路器，檢修人員用螺絲刀撥動異常相電刷壓緊彈片，使之壓緊電刷，再復(fù)歸電動機(jī)保護(hù)回路，此時(shí)異常相電動機(jī)立即運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動液壓彈簧順利儲能。儲能到位后能正常切斷回路，“電動機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號也不再出現(xiàn)。為確保可靠，檢修人員又對異常相斷路器手動泄壓數(shù)次，斷路器都能順利儲能，功能正常。

對于2800斷路器，檢修人員調(diào)整電刷復(fù)歸電動機(jī)保護(hù)回路后，同樣異常相儲能到位。為徹底消除缺陷，檢修人員更換經(jīng)校驗(yàn)合格后的時(shí)間繼電器，更換后拉開儲能電源空開實(shí)測時(shí)間繼電器回路報(bào)警功能，約150s發(fā)“電動機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號。此后投上儲能空開手動泄壓數(shù)次，斷路器都能夠正常儲能。至此2800斷路器缺陷完全消除。

結(jié)論

該500kV變電站220kV GIS設(shè)備區(qū)一日之內(nèi)連續(xù)兩臺斷路器儲能出現(xiàn)異常，共同問題是電動機(jī)電刷壓緊彈片錯(cuò)位導(dǎo)致無法儲能，并起動電動機(jī)保護(hù)回路，發(fā)“電動機(jī)過流過時(shí)報(bào)警”信號。其中一臺斷路器時(shí)間繼電器損壞，導(dǎo)致復(fù)歸后不再發(fā)報(bào)警信號。

現(xiàn)場檢查其他斷路器時(shí)發(fā)現(xiàn)電動機(jī)電刷均有不同程度的磨損，建議更換電刷。在消缺更換時(shí)間繼電器過程中發(fā)現(xiàn)很多新的繼電器功能不正常，該型號繼電器為空氣阻尼式繼電器，可靠性較差，建議更換。

此次異常的分析及處理方法，對同行有一定的參考價(jià)值。