储能行程开关故障导致有二次缺陷的断路器无法合闸

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1 故障简述

该间隔为建站时配置的备用间隔,此次启动是为了平衡各个主变的负荷,将重载母线的负荷割接到轻载母线上,因此该间隔从未运行过。高压柜型号为XGNZ-12,断路器型号为ZN28-12,保护装置型号为RCS-9611C。

当日执行10kV某馈线启动方案,将该馈线断路器由热备用转运行时,配调通知当值合闸指令发出后合闸超时,没有任何报文,包括断路器控制回路断线告警信号。运行人员现场检查后台检查光字牌和报文都没有任何故障信息。高压柜的分闸指示灯、储能指示灯都亮,断路器机械指示分闸,储能指示已储能,“远方/就地”把手打在“远控”,储能方式打在合位置,检查保护测控装置,该时间点曾收到合闸指令,说明合闸命令送达测控装置。万用表测量控制电源和储能电源均正常,排查合闸回路时发现遥合或者就地手合断路器时,410和418端子都是DC+57V。

2 故障分析

图2 RCS-9611C断路器控制回路图

2.1 正常情况下,端子排1D2的402端子接DC+55V电源,端子排1D25的420端子接DC-55V电源,55V为直流110V系统的标准正负其中一极电压,一般都会略高。如图2所示,因为合闸回路上的410和418端子都是和402一样DC+57V,说明合闸回路在418端子之前合闸回路都是通路的,可以排除电气五防锁 WF、“远方就地”把手QK、遥合继电器触点YHJ、合闸出口压板11LP9、防跳闭锁继电器触点TBJV、合闸保持继电器HBJ的问题。剩下的排查对象只剩储能行程开关的触点CK、断路器常闭辅助触点DL和合闸线圈HQ,这些元件在断路器本体机构内部,需要停电检查。

2.2 将该馈线转为冷备用后,检查合闸线圈HQ内阻为110Ω,内阻正常,断路器辅助触点DL闭合,储能行程开关CK触点断开,但是弹簧储能到位。判断储能行程开关内部弹簧老化弹力下降或者弹片卡涩导致触点无法接通。图2中断路器储能成功后,储能行程开关应到位,然后CK触点闭合,接通合闸回路。如果储能成功,但是行程开关没有到位,即CK触点不会闭合,合闸不能保持,断路器即无法合闸。

2.2 保护和监控系统分、合断路器,应经“远方/就地”切换开关控制,并能对保护分、合闸回路完好性进行有效监视。[1]图2中跳位监视回路没有串入储能行程开关触点CK,只要跳位继电器TWJ动作,即显示为断路器分位,而在弹簧未储能时,即不具备合闸条件时,断路器控制回路断线不能及时发现。这样造成问题有两个,一是储能是否到位不能有效监视,二是送电前不能判断合闸回路是否存在问题。

3 处理建议

图3 优化后的控制回路图

3.1 如图3所示,将端子排1D19-1D20短接后,遥控分合闸和就地分合闸均成功。确认弹簧在储能状态,短接端子排1D19-1D20,拆除1D20至机构方向(即⑧、⑥之间)的连线。这样能有效监视合闸回路,同时能在回路异常时,如储能接点断开时发现“控制回路断线”的信号,避免了送电前的发现再处理,符合继电保护的可靠性基本要求。

3.2 仅优化后控制回路后,发现保护装置和后台机均能正确出现“控制回路断线”的信号,更换新的储能行程开关后,触点CK闭合,“控制回路断线”的信号消失。后台机尝试合闸,选择断路器返校成功,随后发出合闸命令,合上断路器。将远方就地把手打在“就地”位置,现场尝试合上断路器,断路器顺利合上。

4 存在问题

目前断路器运行时都是在“已储能”的状态,即储能机构都是到位,储能行程开关的开关都是在合上位置,压迫弹簧从而压紧弹片。这样的问题在于,长期的压力可能导致弹簧疲劳和弹片变形,最终影响储能行程开关的触点正确动作。但受制于已有机构的设计,基本不可能改变储能行程开关的动作形式,让储能行程开关变成不是常态化动作状态。