考虑线圈疲劳因素的高压开关柜无法电动分合闸故障处理方法

董德勇 王肖

（1.国网江苏省电力公司检修分公司宿迁运维站 2.国网江苏省电力公司检修分公司泰州运维站）

考虑线圈疲劳因素的高压开关柜无法电动分合闸故障处理方法

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变电站高压开关柜无法电动分合闸是开关柜设备的常见故障。传统处理该故障的方法是检查控制回路有无断线、短路以及机械机构有无明显卡涩，并做相应的处理。但是传统处理方法不能根本解决分合闸线圈因老化疲劳但未断线、短路导致的开关柜无法电动分合闸故障。本文首先分析了传统处理开关柜无法电动分合故障的思路及不足；考虑到传统处理开关柜无法电动分合故障时忽视了分合闸线圈疲劳因素，给出针对分合闸线圈老化疲劳因素导致开关柜无法电动故障的处理方法。该方法依据特定故障现象及相应试验数据确定线圈疲劳因素，完善了开关柜无法电动故障的处理方法。最后，应用某变电站一起实际事故处理案例，验证了该方法的有效性。

开关柜；故障处理；机构卡涩；线圈疲劳

0 引言

高压开关柜是以断路器为主，集成隔离开关、接地开关、互感器、套管、母线、绝缘子以及避雷器为一体的电气设备。作为电力系统中接受和分配电能的装置，广泛应用于电网35kV及以下系统。

根据电网运行需要，开关柜会频繁进行分合操作。开关柜的可靠分合对电网的安全稳定运行起着重要作用。长期运行的开关柜由于制造工艺以及运行环境因素会出现各类故障，影响其分合操作。无法电动分合闸是开关柜设备极其常见的一类故障。此类故障一般是由控制回路断线或短路以及机械机构卡涩两类因素引起。传统处理此类故障的方法是：先检查控制回路，若回路存在断线或短路，则处理断线或短路故障点；然后检查传动机构，若有卡涩则处理其卡涩部位，使其操作传动良好。但是，控制回路未断线短路条件下，分合闸线圈因长期使用发生老化锈蚀疲劳也将会导致开关柜无法电动分合闸故障，而传统处理此类故障的思路未将分合闸线圈疲劳因素考虑在内。因此，对于因分合闸线圈疲劳因素导致的开关柜无法电动分合故障，该传统处理方法将不能根本解决问题。为更好地完善开关柜无法电动分合操作的处理方法，本文首先理论上分析了传统处理开关柜无法电动分合故障存在的不足；提出了针对分合闸线圈疲劳因素导致开关柜无法电动故障的处理方法。该方法依据特定故障现象及相应的试验确定分合闸线圈是否疲劳，完善了开关柜无法电动分合故障的处理方法。最后，应用某变电站一起电容器开关柜无法电动合闸故障处理案例，验证了该方法的有效性。

1 开关柜无法电动分合闸故障传统处理方法及不足

1.1 开关柜无法电动分合闸故障传统处理方法

导致开关柜无法电动分合的因素一般有三类，前两类因素及处理方法较为常见，第三类因为故障现象不是特别明显，容易被忽视。

第一类：控制回路断线或短路。开关柜因分合闸线圈烧坏、回路接线松动以及回路元件损坏均会导致控制回路断线，使开关无法正常分合。此类因素故障现象较为明显，开关柜会发出控制回路断线报警信号。处理方法是依据接线图纸对各回路进行排查，找出故障点并处理使控制回路导通即可。控制回路短路情况较少，主要是回路接点短接或绝缘破坏。

第二类：机构卡涩。机构卡涩分为严重卡涩和微卡涩。手车传动机构的连杆变形、分合闸弹簧疲劳等原因会造成机构的严重卡涩，需要更换相应的零部件才能解决卡涩问题。设备由于长期运行缺少润滑、积灰等原因会造成机构的微卡涩，清洁一下机构，多分合几次即可解决此类微卡涩问题。

第三类：分合闸线圈老化疲劳。分合闸线圈由于自身制造质量问题，长时间使用发生老化、锈蚀、疲劳，电阻变大，通电后分合闸线圈虽然吸合，但其动作瞬间顶力不够，导致开关电动分合有时成功有时不成功，无法保证每次都能可靠分合闸。但此类现象的传统处理方法是：先手动分合几次手车开关，然后电动试验几次，若成功分合，即视为问题解决；若分合不成功，则视为机构卡涩问题，更换或润滑机构。

电动操作手车开关时，因为机构卡涩严重经常使开关不能成功分合闸，分合不成功导致辅助开关无法切换，从而无法断开分合闸回路，使分合闸线圈一直得电烧坏；或者操作电源空开因回路电流过大跳开控制回路，此时线圈不被烧掉。因此，当开关柜发生无法电动分合闸故障时，可能是上述各类因素共同导致的，也可能是上述因素单独导致的。故现场处理开关柜无法电动分合闸故障的传统方法思路如下。

步骤一：先查看有无控制回路断线的报警信号。若有报警信号执行步骤二，无报警信号则执行步骤三。

步骤二：若有报警信号，则排查控制回路的断点，一般断点在分合闸线圈处居多，然后处理断点使控制回路导通；若控制回路断线是分合闸线圈烧断引起的，线圈烧断一般由机构卡涩引起，则应继续检查机构卡涩问题，对机构进行润滑清理或者更换。

步骤三：若无控制回路断线报警信号，则可以排除控制回路断线问题，此时应注意检查操作电源动作情况。若送上操作电源就立刻跳开则执行步骤四；若送上操作电源不立刻跳开，进行电动分合时操作电源才跳开，则执行步骤五。

步骤四：若合上操作电源就立刻跳开，则说明控制回路存在短路，依据图纸排查短路故障点。

步骤五：若送上操作电源不立刻跳开，进行电动分合时操作电源才跳开，则说明电动分合时，分合闸回路因分合闸线圈长时间带电产生过电流导致操作电源跳开。此情况一般由机构卡涩引起，故应检查传动机构卡涩问题，依据实际情况，清理润滑或者更换机构零部件，使其传动良好。

1.2 开关柜无法电动分合闸故障传统处理方法的不足

依据上述分析可知，传统处理开关柜无法电动分合闸故障的方法只考虑到了第一类与第二类因素，忽略了第三类因素造成的无法电动分合闸故障情况。若因分合闸线圈长期使用发生老化、锈蚀、疲劳，影响其动作性能，导致分合闸回路通电后分合闸不成功，控制电源空开因回路过电流跳掉。依据传统思路方法来处理此类故障，则归结为步骤五进行电动分合时跳空开现象，然后归因于机构卡涩问题，检查传动机构无严重卡涩，则归因于机构的微卡涩问题，手动多次分合并润滑清理传动机构，然后进行电动分合一般均可成功分合闸，则视为问题解决。但是，此开关柜运行一段时间后，很可能会再次出现无法成功电动分合闸情况。

现场长期运行的开关柜发生无法电动分合闸故障时，经常出现经检修人员现场手动分合几次后，电动即可成功分合的情况。但是，运行一段时间后，此开关柜再次出现无法电动分合闸的情况。对于此类问题，现场检修只保证当时能够电动分合就认为解决问题了，没有深入剖析原因，不能根本解决此类问题。经多次现场处理、分析及实验验证发现，此现象主要由两类原因导致。一是纯机构的卡涩，开关柜传动机构复杂，因制造工艺偏差、频繁操作以及长期运行生锈积灰等，难免某传动连接处会一时卡涩，正常电动分合闸时，分合闸线圈顶力不足以使传动机构动作。此时，手动分合几次，传动机构经几次磨合后恢复正常，电动可成功分合闸，对机构进行清洗润滑或者更换可根本解决此类问题。二是分合闸线圈疲劳与机构微卡涩共同作用，其中线圈疲劳为主导作用，机构微卡涩作用微小。由于开关柜长期运行，机构表面润滑油干枯、锈蚀积灰，相对于新设备而言，难免会出现相对的微卡涩现象，但此类现象属于正常现象，开关柜设计时已将此情况考虑在内，通常条件下不会影响正常的分合闸。但分合闸线圈长期使用，容易老化、锈蚀、疲劳，其电阻变大，得电后电流变小，产生的磁力变小，动作瞬间顶力减小，影响最低动作电压以及分合闸时间等性能参数，外加机构不可避免地微卡涩现场，导致电动有时无法成功分合闸。但经手动分合多次后，机构传动零部件相互多次磨合，微卡涩现象消失，分合闸线圈虽顶力不足，因机构足够润滑，通常可以成功恢复电动分合闸。但此时，机构的最低动作电压等性能参数已经接近或超过开关柜相关标准的边缘值；运行一段时间之后，会再次出现无法成功电动分合现象。若分合闸线圈完好，未发生疲劳老化现象，则在机构正常的微卡涩条件下，依然可以成功分合，且各个项性能参数符合要求。故线圈疲劳是导致此现象的主要原因，只有更换相应的分合闸线圈才能彻底解决此问题。

2 针对线圈疲劳因素导致的开关柜无法电动故障处理方法

由上述分析可知，若无控制回路断线报警信号，且送上开关柜操作电源空开不跳，电动分合闸时才跳控制电源空开，此时应增加考虑线圈疲劳因素。即在传统处理开关柜无法电动故障的步骤五中增加考虑并处理分合闸线圈疲劳因素引起的无法电动分合闸故障，以此来完善高压开关柜无法电动分合闸故障处理方法。以下给出了判断并处理分合闸线圈因疲劳因素导致无法电动分合故障的方法流程：

1）依据特定现象判断需要考虑分合闸线圈疲劳因素。若控制回路无断线信号，控制电源空开正常不跳，电动分闸或合闸不成功，且跳控制电源空开；润滑传动机构，经手动分合多次后，可成功进行电动分合。则怀疑为分合闸线圈疲劳。

2）试验判定。一是做开关柜机械特性试验，若分合闸线圈疲劳，则动作电压、分合闸时间等性能参数接近或者超过规定范围上限。二是测量分合闸线圈电阻，若线圈疲劳，则电阻变大。

3）处理措施。经两试验断定为线圈疲劳后，更换相应的分合闸线圈。

4）试验验证。做开关柜机械特性试验，此时动作电压、分合闸时间等性能参数比未更换前参数明显改善。此类因素导致的无法电动分合故障得到根本解决。

将此处理分合闸线圈疲劳因素的方法流程并入传统处理开关柜无法电动故障的步骤五中，可完善开关柜无法电动分合闸故障的处理方法，根本解决因分合闸线圈疲劳导致的开关柜无法成功电动分合故障。

3 实际案例分析

以某变电站一起因分合闸线圈疲劳因素引起的35kV开关柜无法电动合闸故障处理案例为例，验证了所提处理方法的有效性。

现象描述：该变电站2016年11月3号投运3号电容器时，进行35kV3C3开关柜电动合闸时，3C3开关柜合闸不成功，操作电源空开跳掉。

处理过程：11月4号，检修人员到达现场处理，检查该开关柜无明显卡涩现象，分合闸线圈未见烧坏痕迹，手动可顺利分合，经手动多次分合后，电动可成功合闸。经查询检修记录发现，此台开关柜曾多次发生此现象，且每次经手动分合几次后，电动均可成功合闸。为彻底查清原因，11月7号检修人员与厂家一道对此开关柜进行检查与问题分析，并做开关柜机械特性试验数据如表1所示。

表1 机械特性试验参数

依据开关柜性能参数规定标准，此开关柜最低动作电压范围应在30%～65%U,即66～143V之间；合闸时间80ms之内合格。由表1可知，此开关柜的合闸最低动作电压过大，接近规定标准上限。依据传统处理思路，怀疑为机构卡涩问题，于是对传动机构的连杆、弹簧进行更换，部分零件进行清洗。但处理后其机械特性试验数据依然未能改善，排除机构卡涩问题。随后，怀疑合闸线圈问题，更换合闸线圈后机械特性实验数据试验数据如表2所示。

表2 换合闸线圈后机械特性试验参数

对比表2表1可知，更换合闸线圈后其机械特性参数得到明显改善，合闸时间优化减小25%，大幅度低于上限值80ms；最低动作电压由原接近上限值的142V改善为87V。进一步测量更换下来的线圈阻值发现，原合闸线圈的实际阻值明显大于该线圈的额定阻值。因此，此类故障的原因是合闸线圈长时间使用发生锈蚀、疲劳，电阻变大。经过此次处理之后，该开关柜后期多次电动分合操作均正常，至今未发生无法电动分合闸情况。

4 结束语

传统处理开关柜无法电动分合闸故障的方法只考虑了控制回路断线、短路以及机构卡涩因素。此种处理方法难以根本解决控制回路未断线未短路以及机构未卡涩条件下，分合闸线圈因疲劳因素导致的无法电动分合故障。为更好地改进此类问题处理方法，本文提出为分合闸线圈疲劳因素导致的无法电动分合故障的更完善的处理思路，并给出了判断分合闸线圈疲劳的特定故障现象、判定方法以及相应的处理措施。最后，应用某变电站3号电容器3C3开关柜故障处理案例，验证了该方法的有效性。

[1] 变电设备检修（上册）[M].国网技术学院.

[2] 变电设备检修（下册）[M].国网技术学院.

[3] 刘振亚.中国电力与能源[M].北京：中国电力出版社,2012.

[4] 陈晓平,李长杰.电路原理[M].北京：机械工业出版社,2011.

[5] 国家电网公司人力资源部.变电检修（上）[M].北京：中国电力出版社,2010.

[6] 国家电网公司人力资源部.变电检修（下）[M].北京：中国电力出版社,2010.

[7] 河北省电力公司.变电检修现场技术问答 [M].北京：中国电力出版社,2013.

2017-06-22）