降低10kV电磁型电容器开关合闸故障率的分析与对策

秦玲 郭岩

摘 要：通过对沿海某地区近几年来多起配10kV电磁型操作机构的电容器开关合闸回路故障的统计及原因分析，提出相应对策，并提出对合闸回路的改进意见，降低10kV电磁型机构电容器开关的故障率。

关键词：10kV电磁型操作机构；合闸回路故障率原因；对策

引言

风力发电等绿色能源的相继投运对电力系统的安全运行提出了更高更严的要求，电网电压、无功潮流变化愈加复杂频繁，使得電网稳定面临严峻考验。为了电网经济的可持续运行，2006年底以来，江苏省沿海地区电网无功优化系统多处成功投运。该系统根据电网电压及无功潮流分布情况，自动完成本电网变压器有载分接头调整及电容器开关的投切，造成某县所辖电容器开关操作频繁，特别是电磁机构故障增多。使电网运行进一步安全可靠，减少设备损坏、保障连续供电、为企业增收节支，成为当前亟待解决的问题。

1 电磁型机构电容器开关现状调查

1.1 基本性能

操作机构是断路器开关的重要组成部分，工作可靠性在很大程度上依赖于操作机构动作可靠性。经过对这几年发生的断路器事故进行分析证明，由于操作机构故障导致断路器的事故，占总事故的60%以上，而CD10型电磁机构电容器开关由于操作机构问题引起的故障尤为典型，现场检修过程中并没有发现其他机构机械部分有故障。可见操作机构对断路器工作性能和可靠性起着多么重要的作用。

CD10系列直流电磁操动机构为户内悬挂式，是目前一般变电所使用最普遍的一种操动机构。但此型号电磁机构电容器开关动作频繁，常因使用不当而发生拒动，误动。为此如何迅速准确的找出故障原因，排除故障，尽快的恢复供电是变电检修和变电运行部门人员刻不容缓的职责。

1.2 某沿海区域CD10型电磁型操作机构的10kV开关运行情况

某沿海县范围内现有配CD10型电磁型操作机构的10kV开关102台，近两年来发现此类开关合闸回路故障频繁，特别是此类电容器开关共22台发生了故障，当合闸回路故障后造成开关拒合，烧坏合闸接触器线圈和合闸线圈，损失较大。其中16次故障均为电磁型操作机构合闸回路故障引起的断路器故障，其故障率为16/22=72%，直接经济损失达3万余元。由多方面数据分析得出，操作机构故障是造成电磁型电容器开关故障的主要原因。

因操作机构合闸回路烧毁时需一定时间，直流系统在此时间段内大电流放电，易造成蓄电池回路故障，若蓄电池回路开路后，直流系统电压会大幅度波动，所有保护及测控装置也不能正常工作，严重时甚至造成直流系统瘫痪，殃及整个变电所电网设备的安全运行。

2 此类型开关故障原因分析

2.1 机械故障主要原因

2.1.1 限位螺杆过高、过低

现象：电动合闸失灵。

原因：限位螺杆过高或过低，当合闸受力后，导致二连杆向上（向下）弯曲，使得合闸铁芯作虚功。

当连杆正好在水平位置上，使合闸过于灵敏，在合闸过程之中，铁芯顶杆顶住滚轮升到终止位置，滚轮自动跳下，使合闸失败，因此，限位螺杆的高低是合闸成功与否的关键。

处理方法：检查调正限位螺杆，使连杆基本成一直线略小于180度。

2.1.2 合闸铁心卡涩

现象：合闸铁心在合闸过程中，上下不能自由串动、合闸后铁心落不下来。

原因：合闸线圈内套筒安装不当或者变形，紧力不一致，造成铁心不垂直，产生磨擦阻力大，不能自由串动，在电动力作用下迫使铁心上升，一般被卡住落不下来。

处理方法：重新安装使套筒紧力一致均匀。然后用加力杆手动进行合闸，分闸直至动作灵活为止。

2.2 电气方面主要原因

2.2.1 合闸回路不通

现象：合闸回路绿灯不亮，回路不通。

原因：油断路器辅助触点（常闭）不闭合，操作保险熔断，合闸回路断线，防跳回路常闭接点操作接触不良，合闸操作把手接点接触不良等。

处理方法：首先检查操作保险熔丝是否已经熔断，再手动缓慢合闸，观察油断路器辅助开关常闭触点动作是否正确，否则应该调整与之连接的螺杆。这个部位是最薄弱的环节和经常出现问题的地方，先用万用表检查回路各元件，查出其故障点。

2.2.2 蓄电池容量不足，直流电压过低

现象：发出合闸命令后虽机构动作，但不能合闸。

原因：如果直流电源电压低于170V即不足合闸线圈额定电压的80%。

如果交流侧一相保险熔丝熔断或硅元件一相击穿，则输出直流电压为170V。如交流侧两相保险熔丝熔断，则输出直流电压为零；除此之外可能是电源电压过低。

处理方法：检查三相桥式整流器交流电源侧保险熔丝是否熔断，另检查硅元件是否击穿。应更换保险熔丝和硅元件，调高直流电源以满足合闸线圈使用电压。

2.2.3 合闸线圈烧坏

现象：合闸接触器卡死，致使触点沾连。

原因：合闸操作后接触器衔铁由于锈蚀等原因不返回，其触点长时间闭合或因接触器的灭弧罩多次合闸，分闸受振动而脱落，电弧不能迅速熄灭，将触点熔化而沾连，使合闸线圈长时间带电而烧坏。油断路器辅助开关常闭触点无法断开，此时，如果采用重合闸则合闸线圈长期自保持、不能返回，很快将线圈烧坏，由于操作频繁，温度过高，甚至烧毁。

处理方法：消除合闸接触器缺陷，修复触点、灭弧罩。手动合闸调整辅助开关，使其恢复正常。尽量减少操作次数，当合闸线圈温度超过65℃时，应停止操作，待线圈温度低到65℃以下时再进行操作。

2.3 人为环境方面原因

电网无功优化系统正式运行，某县三个风力发电厂先后投运，电网电压、无功潮流变化变得更加复杂频繁，无功优化系统对各变电所电容器开关操作频繁，造成电容器开关故障较多，特别是电磁型操作的电容器开关故障频发。

现在大多数变电所均为无人值班变电所，发生合闸回路故障后，当运行人员到现场时开关合闸回路已经烧毁。由于大部分情况下合闸回路发生故障后，开关动作是瞬时和可恢复的，当重新合闸时能正确合闸就可避免烧损设备。

针对上述分析拟采取一些人为防范措施：（1）运行人员每次巡视时紧合闸熔丝具或更换不易松动的熔丝具。（2）缩短电容器开关的检修周期。（3）将此类开关更换为可靠性高的弹操机构开关。

3 降低此类型电容器开关故障的解决对策

3.1 加强人员教育，更新设备类型

一方面，加强对变电人员的培训及电容器开关的巡视，及时断开故障开关操作电源。另一方面，针对年久变电站实施综自改造，旧开关更换为可靠性高的弹簧操动机构开关。如果条件不允许，或者年限未到，针对此类型故障频繁的变电站实施直流系统升级，提供稳定的直流保障。

3.2 加装开关合闸保护电路

同时，对于电磁型操作机构的电容器开关，在合闸回路中增加合闸回路保护时间继电器SJ1，通过在合闸回路中增加合闸回路保护时间继电器，以达到断开合闸回路的目的。

当合闸命令发出一定时间后如果开关没有合闸，这时通过合闸回路保护继电器瞬时断开合闸回路将合闸保持继电器复位，从而达到保护合闸回路元件和直流系统的作用。

参考文献

[1]国网公司十八项电网重大反事故措施[S].

[2]郭仲礼.高压电工实用技术[M].机械工业出版社，2001.

[3]陈家斌.电气设备故障检测诊断方法及实例[M].中国水利水电出版社，2003.