氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（gas insulated switchgear, GIS）由于占地面積少、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)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(lái)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(dòng)作時(shí)由操動(dòng)機(jī)構(gòu)提供能量，其操動(dòng)機(jī)構(gòu)有很多種，液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是其中之一。液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是由碟形彈簧作為儲(chǔ)能部件、液壓油為傳動(dòng)載體的高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)，因驅(qū)動(dòng)能量大、傳動(dòng)平穩(wěn)、動(dòng)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(chǔ)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(wèn)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(dòng)機(jī)過(guò)流過(guò)時(shí)報(bào)警”信號(hào)，站內(nèi)運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，按經(jīng)驗(yàn)在匯控柜復(fù)歸報(bào)警信號(hào)，復(fù)歸后信號(hào)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(kāi)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(dòng)機(jī)過(guò)流過(guò)時(shí)報(bào)警”信號(hào)，復(fù)歸后報(bào)警信號(hào)消除，但仍未儲(chǔ)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(tái)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(chǔ)能。對(duì)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(wú)松動(dòng)。

圖1 液壓彈簧未儲(chǔ)能到位

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

2 儲(chǔ)能及保護(hù)回路原理介紹

斷路器儲(chǔ)能主要涉及3個(gè)回路：電動(dòng)機(jī)回路、電動(dòng)機(jī)控制回路、電動(dòng)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(jiàn)表1。

下面介紹各回路的工作原理。

圖2 電動(dòng)機(jī)回路

圖3 電動(dòng)機(jī)控制回路

圖4 電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路

2.1 電動(dòng)機(jī)回路

電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)液壓彈簧儲(chǔ)能，為斷路器動(dòng)作提供能量。電動(dòng)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(kāi)接點(diǎn)。

表1 元件功能表

2.2 電動(dòng)機(jī)控制回路

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

電動(dòng)機(jī)控制回路中還串有電動(dòng)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(dòng)機(jī)保護(hù)回路里。

2.3 電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路

當(dāng)斷路器儲(chǔ)能出現(xiàn)異常時(shí)，會(huì)通過(guò)電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路切斷電動(dòng)機(jī)控制回路，保護(hù)電動(dòng)機(jī)、繼電器，避免事態(tài)擴(kuò)大。電動(dòng)機(jī)保護(hù)主要有兩種形式：過(guò)流保護(hù)和過(guò)時(shí)保護(hù)。

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

49MXA（B、C）得電后，還會(huì)斷開(kāi)在電動(dòng)機(jī)控制回路里的常閉接點(diǎn)31-32，切斷電動(dòng)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(dòng)機(jī)回路。這就是電動(dòng)機(jī)的過(guò)流保護(hù)，與此同時(shí)將發(fā)“電動(dòng)機(jī)過(guò)流過(guò)時(shí)報(bào)警”信號(hào)。

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

電動(dòng)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(dòng)機(jī)保護(hù)回路使49MXA（B、C）失電，“電動(dòng)機(jī)過(guò)流過(guò)時(shí)報(bào)警”信號(hào)將會(huì)消失，同時(shí)在未儲(chǔ)能到位的情況下電動(dòng)機(jī)保護(hù)繼電器49MXA（B、C）的常閉接點(diǎn)31-32使電動(dòng)機(jī)控制回路接通，進(jìn)一步接通電動(dòng)機(jī)回路。松開(kāi)按鈕后，如果是偶然性故障，就順利完成儲(chǔ)能；如果故障未解除，就會(huì)發(fā)“電動(dòng)機(jī)過(guò)流過(guò)時(shí)報(bào)警”信號(hào)。

3 異常排查分析及處理

3.1 電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路排查與分析

首先對(duì)2871斷路器異常相C相電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路各端子電位進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果顯示電動(dòng)機(jī)保護(hù)繼電器49MXC的14號(hào)端子與13號(hào)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(dòng)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(duì)先接通才能起動(dòng)電動(dòng)機(jī)保護(hù)繼電器使之自保持。

為檢查出是過(guò)流保護(hù)還是過(guò)時(shí)保護(hù)，檢修人員快速按下回路復(fù)歸按鈕RESET并松開(kāi)，瞬時(shí)切斷電動(dòng)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(chǔ)能，并且經(jīng)過(guò)2～3min后，又發(fā)“電動(dòng)機(jī)過(guò)流過(guò)時(shí)報(bào)警”信號(hào)。據(jù)此可以排除熱偶動(dòng)作導(dǎo)致回路接通的可能性，若是熱偶動(dòng)作導(dǎo)致異常發(fā)生，且熱偶未復(fù)歸，則電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路復(fù)歸后49MXC會(huì)立即得電發(fā)報(bào)警信號(hào)，而不是過(guò)一段時(shí)間才發(fā)。

解開(kāi)49MC的98端子接線，測(cè)量98端子電壓為零電位，驗(yàn)證了熱偶沒(méi)有動(dòng)作的推斷。解開(kāi)48TC的68端子接線，測(cè)量68端子電壓與67端子一致?，F(xiàn)象與過(guò)時(shí)保護(hù)相符，說(shuō)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(guò)13-14接點(diǎn)自保持，發(fā)“電動(dòng)機(jī)過(guò)流過(guò)時(shí)報(bào)警”信號(hào)。

3.2 電動(dòng)機(jī)控制回路排查與分析

測(cè)量異常相C相限位開(kāi)關(guān)33hb兩端電壓為零，測(cè)量接觸器88MC線圈兩端電壓為零，測(cè)量電動(dòng)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(kāi)關(guān)確未斷開(kāi)，接觸器88MC未吸合，49MXC得電動(dòng)作后常閉接點(diǎn)31-32斷開(kāi)。復(fù)歸電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路，接觸器88MC線圈帶電吸合。說(shuō)明復(fù)歸回路時(shí)C相電動(dòng)機(jī)控制回路接通，然而C相仍然無(wú)法儲(chǔ)能，問(wèn)題應(yīng)該在電動(dòng)機(jī)回路。

3.3 電動(dòng)機(jī)回路排查與分析

在復(fù)歸電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路后，測(cè)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(dòng)機(jī)兩側(cè)已有電，但電動(dòng)機(jī)未轉(zhuǎn)動(dòng)。檢修人員打開(kāi)斷路器異常相機(jī)構(gòu)箱后柜門檢查電動(dòng)機(jī)。經(jīng)過(guò)仔細(xì)的檢查發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)電刷的壓緊彈片錯(cuò)位，沒(méi)有壓到電刷，如圖5所示，導(dǎo)致電刷不能接觸電動(dòng)機(jī)換向器，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)。

圖5 電刷壓緊彈片錯(cuò)位

對(duì)于2800斷路器，檢查發(fā)現(xiàn)同樣存在電刷錯(cuò)位的問(wèn)題。不過(guò)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(dòng)機(jī)保護(hù)回路，2800斷路器A相不能儲(chǔ)能，但是一直未發(fā)“電動(dòng)機(jī)過(guò)流過(guò)時(shí)報(bào)警”信號(hào)，而2871斷路器復(fù)歸幾分鐘后又發(fā)報(bào)警信號(hào)。這表明2800斷路器A相電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路沒(méi)有接通。

由前述分析很容易得知熱繼電器未動(dòng)作，過(guò)流報(bào)警回路沒(méi)問(wèn)題。很可能是2800斷路器A相過(guò)時(shí)報(bào)警回路出問(wèn)題。檢修人員把A相時(shí)間繼電器取下測(cè)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(huì)動(dòng)作，其常開(kāi)接點(diǎn)67-68將閉合，然而檢修人員多次測(cè)試、時(shí)間長(zhǎng)達(dá)半小時(shí)該繼電器都沒(méi)有動(dòng)作，表明該時(shí)間繼電器已損壞。

3.4 缺陷處理

對(duì)于2871斷路器，檢修人員用螺絲刀撥動(dòng)異常相電刷壓緊彈片，使之壓緊電刷，再?gòu)?fù)歸電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路，此時(shí)異常相電動(dòng)機(jī)立即運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)液壓彈簧順利儲(chǔ)能。儲(chǔ)能到位后能正常切斷回路，“電動(dòng)機(jī)過(guò)流過(guò)時(shí)報(bào)警”信號(hào)也不再出現(xiàn)。為確?？煽?，檢修人員又對(duì)異常相斷路器手動(dòng)泄壓數(shù)次，斷路器都能順利儲(chǔ)能，功能正常。

對(duì)于2800斷路器，檢修人員調(diào)整電刷復(fù)歸電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路后，同樣異常相儲(chǔ)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(kāi)儲(chǔ)能電源空開(kāi)實(shí)測(cè)時(shí)間繼電器回路報(bào)警功能，約150s發(fā)“電動(dòng)機(jī)過(guò)流過(guò)時(shí)報(bào)警”信號(hào)。此后投上儲(chǔ)能空開(kāi)手動(dòng)泄壓數(shù)次，斷路器都能夠正常儲(chǔ)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(tái)斷路器儲(chǔ)能出現(xiàn)異常，共同問(wèn)題是電動(dòng)機(jī)電刷壓緊彈片錯(cuò)位導(dǎo)致無(wú)法儲(chǔ)能，并起動(dòng)電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路，發(fā)“電動(dòng)機(jī)過(guò)流過(guò)時(shí)報(bào)警”信號(hào)。其中一臺(tái)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(hào)。

現(xiàn)場(chǎng)檢查其他斷路器時(shí)發(fā)現(xiàn)電動(dòng)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(guò)程中發(fā)現(xiàn)很多新的繼電器功能不正常，該型號(hào)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(duì)同行有一定的參考價(jià)值。