10 kV 電容器組斷路器控制失效的分析與處理-技術(shù)方案

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    摘要：通過(guò)對(duì)110kV某變電站10kVⅡ段電容器A920斷路器控制失效故障進(jìn)行原理分析，總結(jié)相應(yīng)的消缺作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，以求提高運(yùn)行與檢修人員處理類似故障的能力與效率;并提出相應(yīng)的整改策略，以求保證電網(wǎng)的供電質(zhì)量與運(yùn)行穩(wěn)定。

0引言

10kV并聯(lián)電容器組在城市電網(wǎng)中主要用于補(bǔ)償感性電力負(fù)荷的無(wú)功功率，提高電網(wǎng)功率因數(shù)，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量，降低電網(wǎng)線路損耗，在城市電網(wǎng)的中壓系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于城市電網(wǎng)負(fù)荷的周期性變化，電容器組需要頻繁投切，作為控制電容器組投切的重要構(gòu)件的斷路器。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)常發(fā)生控制失效故障，影響了電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行與供電質(zhì)量。本文通過(guò)對(duì)一起典型的電容器組斷路器控制失效故障進(jìn)行原理分析，總結(jié)相關(guān)消缺作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，以求提高運(yùn)行與檢修人員分析、處理類似電容器組斷路器控制失效故障的能力與效率，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行與供電質(zhì)量。

1電容器組單元間隔的構(gòu)造組成

10kV電容器組單元間隔組成構(gòu)件包括:開關(guān)柜、真空斷路器、電容器組、限流電抗器、電纜、接地刀閘、網(wǎng)門、微機(jī)保護(hù)與遠(yuǎn)動(dòng)裝置及其他配件，其主接線圖如圖1所示。

圖110kV電容器組單元間隔主接線圖。

電容器組單元間隔的保護(hù)可分為電量保護(hù)和非電量保護(hù)2部分。電量保護(hù)包括:過(guò)流Ⅰ段保護(hù)、過(guò)流Ⅱ段保護(hù)、過(guò)流Ⅲ段保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、低電壓保護(hù)、不平衡電壓保護(hù)、零序電流Ⅰ段保護(hù)、零序電流Ⅱ段保護(hù)等;非電量保護(hù)主要為網(wǎng)門保護(hù)，即將網(wǎng)門行程開關(guān)的常閉節(jié)點(diǎn)串入真空斷路器的跳閘回路，當(dāng)電容器組的網(wǎng)門處于開啟狀態(tài)時(shí)，電容器組的斷路器將因跳閘回路導(dǎo)通而跳閘，以此防止當(dāng)電容器組處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)人員誤入運(yùn)行中的電容器組而發(fā)生人身觸電傷害事故，達(dá)到保護(hù)人身與設(shè)備安全的目的。

2故障現(xiàn)象

某變電站10kVⅡ段電容器A920斷路口控制網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。某日，110kV某變電站10kVⅡ段電容器A920根據(jù)系統(tǒng)電壓要求需投入運(yùn)行，斷路器當(dāng)時(shí)處于工作位置，當(dāng)調(diào)度監(jiān)控中心通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)向該斷路器發(fā)出合閘指令時(shí)，出現(xiàn)如下信號(hào):

(1)10kVⅡ段電容器A920斷路器合閘。

(2)10kVⅡ段電容器A920斷路器跳閘。

(3)10kVⅡ段電容器A920斷路器控制回路斷線。

(4)10kVⅡ段電容器A920斷路器控制回路斷線信號(hào)復(fù)歸。

圖2某變電站10kVⅡ段電容器A920斷路器控制回路圖。

再次遙控試操作，仍出現(xiàn)上述信號(hào)，10kVⅡ段電容器A920斷路器(以下簡(jiǎn)稱A920斷路器)遠(yuǎn)方合閘不成功，電容器組投入運(yùn)行失敗。變電檢修部立即進(jìn)行缺陷的檢查處理，具體流程如下:

(1)檢查10kVⅡ段電容器A920的微機(jī)保護(hù)裝置，所報(bào)信息與監(jiān)控系統(tǒng)所報(bào)信息一致，各狀態(tài)指示與現(xiàn)場(chǎng)一致。

(2)將A920斷路器搖至試驗(yàn)位置，拔下A920斷路器的航空插頭，打開斷路器面板，用萬(wàn)用表分別測(cè)量合閘線圈、跳閘線圈、閉鎖電磁鐵的電阻，所測(cè)電阻值都在正常范圍內(nèi)，沒(méi)有發(fā)生損壞。

(3)就地手動(dòng)操作A920斷路器，A920斷路器合閘后可以自保持，操動(dòng)機(jī)構(gòu)狀態(tài)正常。

(4)就地進(jìn)行A920斷路器的電動(dòng)合閘試操作時(shí)，出現(xiàn)如下現(xiàn)象:A920斷路器合閘后馬上跳閘，微機(jī)保護(hù)裝置報(bào)“控制回路斷線”警告信號(hào)，隨后信號(hào)復(fù)歸;多次試操作，A920斷路器均電動(dòng)合閘操作失敗。

3故障分析

某變電站10kVⅡ段電容器A920斷路口信號(hào)網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。多次電動(dòng)試操作，10kVⅡ段電容器A920的微機(jī)保護(hù)裝置只報(bào)合/跳閘信號(hào)、“控制回路斷線”警告及其復(fù)歸信號(hào)，沒(méi)有其他保護(hù)動(dòng)作的警告信號(hào)。微機(jī)保護(hù)裝置發(fā)出“控制回路斷線”警告信號(hào)的原理是:圖3中的TWJ2(跳位繼電器)與HWJ(合位繼電器)兩繼電器常閉觸點(diǎn)串聯(lián)的回路閉合，觸發(fā)微機(jī)保護(hù)裝置報(bào)“控制回路斷線”警告信號(hào)。例如，圖2中的1D45～1D48，1D45～1D50之間的2條支路因同時(shí)存在斷點(diǎn)不導(dǎo)通，TWJ2與HWJ2個(gè)繼電器同時(shí)失電，TWJ2與HWJ2個(gè)繼電器的常閉觸點(diǎn)將同時(shí)閉合，進(jìn)而觸發(fā)微機(jī)保護(hù)裝置報(bào)“控制回路斷線”警告信號(hào)。在此次的A920斷路器操作警告信號(hào)中，A920斷路器“控制回路斷線”警告信號(hào)出現(xiàn)后，隨后復(fù)歸，多次試操作均為該情況。VD4型真空斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)具有如下動(dòng)作參數(shù):合閘時(shí)間為0.055～0.067s，跳閘時(shí)間為0.033～0.045s，理想情況下連續(xù)分、合閘約0.088～0.112s(即使加上其他影響因素，也不會(huì)超過(guò)1s)，而儲(chǔ)能彈簧的儲(chǔ)能時(shí)間正常在15s以內(nèi)。正常情況下，兩者所需的時(shí)間不在同一等級(jí)，儲(chǔ)能彈簧的儲(chǔ)能時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于斷路器(儲(chǔ)能彈簧已儲(chǔ)好能)連續(xù)分、合閘所需要的時(shí)間。當(dāng)A920斷路器進(jìn)行電動(dòng)合閘試操作時(shí)，A920斷路器合閘又立刻跳閘后，合閘儲(chǔ)能彈簧還需要時(shí)間進(jìn)行儲(chǔ)能，合閘回路因S1(合閘儲(chǔ)能彈簧儲(chǔ)能到位的輔助開關(guān))常開觸點(diǎn)斷開而不導(dǎo)通;同時(shí)，跳閘回路因斷路器輔助開關(guān)S4觸點(diǎn)斷開而不導(dǎo)通，進(jìn)而導(dǎo)致TWJ2與HWJ同時(shí)失電，其常閉觸點(diǎn)同時(shí)閉合，觸發(fā)10kVⅡ段電容器A920的微機(jī)保護(hù)裝置報(bào)“控制回路斷線”告警信號(hào)。當(dāng)A920斷路器儲(chǔ)能彈簧完成儲(chǔ)能后，S1常開觸點(diǎn)閉合，合閘回路重新導(dǎo)通，“控制回路斷線”告警信號(hào)應(yīng)得到復(fù)歸。故可排除A920斷路器控制回路存在斷線的可能。

圖3某變電站10kVⅡ段電容器A920斷路器信號(hào)回路圖

根據(jù)某變電站10kVⅡ段電容器A920斷路器控制原理圖及就地試操作的結(jié)果可知，A920斷路器出現(xiàn)合閘后又立刻跳閘的可能性原因如下:

(1)10kVⅡ段電容器A920的微機(jī)保護(hù)裝置因保護(hù)動(dòng)作發(fā)出跳閘命令使A920斷路器跳閘。

(2)網(wǎng)門行程開關(guān)動(dòng)作，其常閉節(jié)點(diǎn)WT1或WT2閉合而使A920斷路器跳閘。

分析A920斷路器出現(xiàn)合閘又立刻跳閘的原因:①查看10kVⅡ段電容器A920的微機(jī)保護(hù)裝置，發(fā)現(xiàn)并無(wú)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，裝置沒(méi)有發(fā)出A920斷路器跳閘命令的提示，狀態(tài)良好，各種狀態(tài)信號(hào)指示正常，原因1得以排除。②圖3的A920斷路器信號(hào)回路中并未設(shè)計(jì)“電容器組網(wǎng)門開啟A920斷路器跳閘”動(dòng)作信號(hào)回路。當(dāng)電容器組網(wǎng)門行程開關(guān)的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，微機(jī)保護(hù)裝置與遠(yuǎn)方監(jiān)控系統(tǒng)將無(wú)任何信號(hào)提示，原因2的可能性則較大。

為了確定是否為網(wǎng)門行程開關(guān)問(wèn)題，檢修人員將圖2中的電容器組網(wǎng)門行程開關(guān)回路(133)解除，然后進(jìn)行A920斷路器的就地合閘試操作，A920斷路器合閘成功，并未跳閘。所以，故可以初步確定，A920斷路器合閘不成功的原因應(yīng)為網(wǎng)門行程開關(guān)問(wèn)題。

4故障處理

經(jīng)分析，電容器組網(wǎng)門行程開關(guān)存在可導(dǎo)致斷路器跳閘的2種情況是:電容器組網(wǎng)門關(guān)合沒(méi)到位，致使網(wǎng)門行程開關(guān)常閉觸點(diǎn)閉合接通A920斷路器的跳閘回路;電容器組網(wǎng)門行程開關(guān)出現(xiàn)絕緣降低問(wèn)題，行程開關(guān)常閉觸點(diǎn)雖處于斷開狀態(tài)，但不能有效斷開，導(dǎo)致A920斷路器的跳閘回路被接通。

為了找出故障原因，檢修人員用兆歐表測(cè)量電容器組網(wǎng)門行程開關(guān)觸點(diǎn)間及其對(duì)地絕緣，發(fā)現(xiàn)絕緣電阻值都低于標(biāo)準(zhǔn)值(2MΩ)，分別為0.0015MΩ與0.0005MΩ左右。打開網(wǎng)門行程開關(guān)后發(fā)現(xiàn)行程開關(guān)內(nèi)部存在積水，觸點(diǎn)銹蝕嚴(yán)重，可以斷定A920斷路器合閘不成功的主要原因是網(wǎng)門行程開關(guān)觸點(diǎn)出現(xiàn)絕緣強(qiáng)度降低的問(wèn)題。由于該電容器組安裝于室外，網(wǎng)門行程開關(guān)長(zhǎng)期運(yùn)行中受到各種惡劣條件的影響而老化，特別是連續(xù)多天的降雨，導(dǎo)致行程開關(guān)內(nèi)部發(fā)生積水，觸點(diǎn)銹蝕加劇，進(jìn)而導(dǎo)致絕緣水平突降至觸點(diǎn)在斷開狀態(tài)下發(fā)生導(dǎo)通現(xiàn)象。通過(guò)更換新的行程開關(guān)，做好全面的防水、防潮措施，絕緣電阻測(cè)量合格后，重新將電容器組網(wǎng)門行程開關(guān)回路(133)接入A920斷路器跳閘回路，對(duì)A920斷路器進(jìn)行電動(dòng)合閘試操作，并未再發(fā)生跳閘，消除了此處缺陷。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)電容器組斷路器控制回路圖與微機(jī)保護(hù)裝置信號(hào)回路圖的綜合分析，變電檢修部發(fā)現(xiàn)了電容器組微機(jī)保護(hù)設(shè)計(jì)方面的不足，總結(jié)了典型的消缺經(jīng)驗(yàn)，快速、有效地處理了110kV變電站10kVⅡ段電容器A920斷路器的控制失效故障，保證了電容器組的正常投切，進(jìn)而保證了電網(wǎng)的供電質(zhì)量與安全運(yùn)行。為了提高運(yùn)行與檢修人員處理此類故障缺陷的效率和質(zhì)量或徹底消除此類故障缺陷，該文提出如下2點(diǎn)整改對(duì)策:

(1)由于設(shè)計(jì)方面的原因，電容器組的網(wǎng)門保護(hù)長(zhǎng)期只注重功能的實(shí)現(xiàn)，忽略了網(wǎng)門保護(hù)動(dòng)作的信號(hào)提示。當(dāng)發(fā)生文中類似故障時(shí)，微機(jī)保護(hù)裝置及監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)任何信號(hào)提示，使得對(duì)類似故障的快速判斷、處理很大程度上依賴于檢修作業(yè)人員的故障處理經(jīng)驗(yàn)，故障處理效率因檢修人員的不同存在很大的差異。為了實(shí)現(xiàn)不同的檢修人員都能對(duì)類似故障進(jìn)行快速、有效地分析和處理，建議對(duì)電容器組微機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行完善化升級(jí)，在相應(yīng)的微機(jī)保護(hù)裝置中加入網(wǎng)門行程開關(guān)狀態(tài)開入量，設(shè)置相應(yīng)信號(hào)定義，接入行程開關(guān)常閉觸點(diǎn)，并對(duì)行程開關(guān)的安裝做到全面、有效的防水、防潮措施。當(dāng)網(wǎng)門行程開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，微機(jī)保護(hù)裝置及監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)相應(yīng)的信息提示，以利于運(yùn)行與檢修人員快速判斷、處理，縮短故障原因的分析、判斷時(shí)間。

(2)解除電容器組網(wǎng)門行程開關(guān)跳閘回路，對(duì)電容器組網(wǎng)