一种刀闸辅助开关切换不到位情况探讨与原因分析

云南电网有限责任公司文山供电局 李 云

辅助开关作为电力系统内一次设备和二次设备的连接枢纽，为保护、测控等二次设备传达一次开关、刀闸的位置，可见辅助开关不只是一般的辅助设备。其中带速动机构的辅助开关广泛应用于电力系统中的隔离开关、接地开关的操作机构中。而隔离刀闸、接地刀闸是电网中使用数量最多的电气设备，刀闸辅助开关的产品质量和运行维护质量直接关系到电力系统的安全运行[1]。

一变电站自投运以来多次报出隔离开关、接地开关“双位置出错”报警等信号，多次倒母操作因母线侧隔离开关操作后报“不定态”而暂停操作。现场检查情况如下：故障设备是带速动机构的辅助开关，检查发现辅助开关底部定位挡片间有4mm左右间隙，表示辅助开关切换不到位，所有常开、常闭接点均未导通，拆下辅助开关进行手动转动检查，辅助开关切换正常，进一步检查发现辅助开关与机构转轴同轴度存在不同程度的误差（图1），校正后辅助开关切换可靠。

图1 辅助开关与机构转轴同轴度存在误差

1 故障原因分析

如图2所示，储能快速机构由转动圆轴带动转板转动，扣板通过法兰与辅助开关转子连接，转板与扣板两侧均带两个限位块与扭簧组装在一起。依靠限位块使扭簧蓄力,蓄力转角达到限位时,扭簧释放所储能量带动方轴与转子迅速动作。沟板起到定位作用，让转子转动前后可靠固定（图3）。

图2 储能快速机构内部结构

图3 速动机构动作情况

机构输出0°为分合闸初始状态；机构输出0～75°机构带动辅助开关储能快速机构转轴转动，扭簧一端卡在扣板的挡块上、一端随转板转动使扭簧储能，速动机构转轴转动到45°，转板开始带动扣板径向移动逐渐减小扣板与沟板受力面积。

速动机构转轴转动到75°时（切换前）扣板与沟板受力面积受力面最小值，扭簧储能达最大值释放所储能量，随后储能扭簧所储能量释放带动扣板、扣板带动方轴、方轴带动转子快速转动，从储能扭簧释放能量至切换完成用时不到100ms。此期间机构转轴与转板前行角度很小。扣板（转子）在转动到75°时储能扭簧能量也在释放完，仍依靠惯性继续旋转至90°位置，扣板与沟板限位作用固定于90度位置上，完成辅助接点的快速切换，此过程储能扭簧被反向压缩，故出现储能角度为负数的情况下，高速相机捕捉到的辅助开关切换到位瞬间扭簧反向压缩。故障时，切换动作过程中阻力过大将导致扣板动能不足，扣板与转子未能旋转90°、停留在中间位置，通过底部限位块判断，基本都是转动到75°左右。

切换过程中受力分析如下：

辅助开关转动轴分为上下两个部分，分别为上部速动机构转动圆轴，下部带动辅助开关转子转动的方轴，圆轴通过底部的凸起与方轴顶部凹槽连接。通过测量，储能快速机构转轴与方轴间间隙小于0.04mm、辅助开关转轴与内壁间间隙小于0.4mm、储能快速机构转轴与防尘帽间间隙小于0.04mm，以此判断，当辅助开关方轴与机构转轴同轴度误差大于0.4mm时，将会使圆轴与方轴连接处以及转子与定子间产生径向压力，转动时产生摩擦力。

正常切换时，辅助开关切换过程中只受到设计本身固有的阻力，此阻力仅受到接触面间的润滑情况影响。固有阻力在沟板曲线最高点最大；当机构转轴与辅助开关转轴同轴度误差大于0.4mm时，将导致储能快速机构转轴底部与转子方轴连接处、以及转子与定子间产生压力，转动时产生摩擦阻力，同轴度误差越大摩擦阻力越大。当转子受到的摩擦力达到一定程度时，储能扭簧的能量不足以克服所有摩擦力做功时，转子没有转到90°位置就停留在中间位置，且在机构后续转动提供的扭力仍不足以使其继续转动，就将导致辅助开关切换不到位。

2 刀闸辅助开关切换不到位风险及防范措施

2.1 刀闸辅助开关切换不到位风险分析

以母线侧隔离开关为例，每个回路的保护、仪表、自动装置的二次电压，都是由母线电压互感器经过自身的母线隔离开关辅助触点供给。辅助接点位置状态作为开关量引入装置内部，形成母线运行方式，用于切换差流回路和出口回路，从而辅助接点辅助接点开关量输入回路的可靠性也就制约了母差保护的可靠性和选择性。

目前普遍采用的双母线接线方式中，母线侧隔离开关的常开常闭接点分别接到双位置继电器（YQ）的，再通过双位置继电器的接点接至电压切换回路、母线保护等。双位置继电器的工作原理：两个线圈分别串接一个触点、一常开一常闭,无电时通过永久磁铁的作用力使衔铁固定在初始位置上,当给常闭接点所在线圈加电时,线圈得电使衔铁动作,动作后由永久磁铁将其固定在动作后位置上,同时衔铁动作使两线圈的串联接点位置切换,原来的常闭接点打开使线圈失电而原常开接点闭合,所对应的线圈处于准备得电动作。由于是靠磁铁机械保持,因此控制电源消失后其位置会保持在控制电源消失前的状态,不会像电保持继电器一样失电后恢复至原始状态。

此类辅助开关切换不到位缺陷为辅助开关转子转动角度不到90°，常开常闭触点均处于断开状态，导致双位置继电器线圈失电保持在变位前状态，主要影响如下：

线路停电操作结束后，断开母线侧隔离开关时辅助开关切换不到位，电压切换继电器仍处于动作状态，保护装置电压回路仍然带电，若未及时发现可能造成检修人员触电、引起PT二次空开跳闸，进而可能导致正常运行的线路、母线阻抗保护误动作；线路送电操作过程中，合上母线侧隔离开关时辅助开关切换不到位，造成线路保护装置“PT失压”未复归，若未发现，合上断路器时将导致线路阻抗保护误动作；在倒母操作过程中，先合拉开位置的隔离开关时辅助开关切换不到位，此时保护电压未并列，仍只由原运行方式提供，未及时发现，继续操作拉开合位隔离开关时将导致线路保护“PT失压”、可能导致阻抗保护误动。

在倒母操作过程中，先合拉开位置的隔离开关时辅助开关切换正常，切换继电器同时动作，此时Ⅰ、Ⅱ母保护电压正常并列，继续操作拉开合位隔离开关时辅助开关切换不到位，将导致Ⅰ、Ⅱ母保护电压异常并列，母线保护装置长期维持互联状态，一旦发生故障同时切除两段母线，这样就会造成事故扩大。若果继续进行停一条母线操作，母联断路器断开后，若PT二次空开未断开，通过母线电压互感器二次的并列点将向停电母线反充电，同样会引起电压互感器二次熔断器熔断或二次空开跳闸，中断两母线上全部设备保护的二次电压，甚至引起阻抗保护误动。

当母线所连的某断路器失灵时，由该断路器或元件的失灵起动装置提供一个失灵起动接点给母差保护，母差保护检测到某一失灵起动接点闭合后，起动该断路器所连的母线失灵出口逻辑，经复合电压闭锁后，按整定的“失灵出口短延时”跳开母联断路器，“失灵出口长延时”跳开该母线连接的所有断路器。

由此可见某一支路辅助接点的位置在失灵保护中起到重要的作用，若某一支路的辅助接点实际运行于Ⅰ母，而因为辅助接点辅助接点切换不正确，而使保护装置读入的位置为Ⅱ母将造成严重后果，若该支路线路故障而断路器拒动，则失灵保护将跳开母联开关及与Ⅱ母连接的所有断路器，而故障并没有切除，将由Ⅰ母上各支路对侧断路器二段保护跳开，切除故障，这样将会延缓故障切除时间，同时也使停电范围扩大。

2.2 防范措施

在倒母线操作中，应注意两母线刀闸同时处于合位，相应分路光字牌“切换继电器同时动作”明亮，再拉开一组母线刀闸此光字牌熄灭。在运行中，若出现两组母线侧刀闸辅助触点同时断开，其相应分路的“PT失压”光字牌会明亮；在辅助接点操作过程中，运行人员应严格检查辅助接点切换是否正确，除检查母差保护装置外还应检查该支路的保护装置，确保辅助接点切换正确；当操作过程中发现辅助接点接触不良时应立即停止操作，处理正常后方可继续进行。

在倒母线过程中，若发现辅助接点切换不良、短时间无法查明原因时，可将对应支路的强制开关强制打到正确位置，然后按屏上“刀闸位置确认”按钮通知母线保护装置读取正确的刀闸位置（此时的刀闸位置为模拟状态），保证母线保护在此期间的正常运行。当辅助接点恢复正常后必须及时将强制开关恢复到“自动”位置；母线PT停电时，Ⅰ、Ⅱ母PT二次并列后，断开停电PT二次空开，测量空开确已断开后再拉开PT隔离开关，防止反送电。PT送电时，合上隔离开关后测量二次空开上下侧电压正常，再合上PT二次空开，防止相应保护、仪表及自动装置失压。

综上所述，隔离开关辅助接点正确动作对保护的正确动作起着至关重要的作用，但只要在隔离开关操作后认真检查辅助接点的位置切换情况，发现异常及时处理，就能有效避免由于辅助接点的原因而造成保护装置动作不正确的现象，确保设备的安全运行。

3 处理建议

作为检修人员到现场不停电处理此类缺陷时，应熟悉上述风险，采取有关措施，防止故障进一步扩大，或运用二次措施单采取拆线、短接的方式将辅助开关正确的状态位置向二次设备传递，将故障辅助开关隔离出来处理；检查辅助开关安装误差时，分别从正面和侧面测量刀闸机构与辅助开关转轴的同轴度误差，应尽量调节到0.4mm以内，根据分析若〈0.4mm转动时才完全不导致辅助开关径向受力而产生摩擦阻力。

操作机构厂家设计时，辅助开关固定方式应设计可上下、左右、前后多角度调节方式，便于安装时高精度调节辅助开关位置，减小安装误差；现场处理此类缺陷时，对于辅助开关固定方式难以改变径向误差，但轴向有调节裕度时，对采取在辅助开关与离开关机构轴向连接处加装可以消除一定范围内同轴度误差影响的联轴器，可有效节省缺陷处理时间，提高辅助开关动作可靠性。

4 结语

辅助开关作为电力系统内一次设备和二次设备的连接枢纽，其切换不到位的情况却频繁发生，让电网安全受到了严重威胁，应向机构箱厂家设计、加工以及安装等环节提出相关要求降低辅助开关安装位置误差，将辅助开关与机构转轴的同轴度误差降至最低，从源头上降低辅助开关切换不到位的风险，工作人员要保持一种高度的责任心和严格的工作态，在设备运维过程中、尤其是操作隔离开关后认真检查辅助接点的位置切换情况，发现异常及时处理，就能有效避免由于辅助接点的原因而造成保护装置动作不正确的现象，确保设备的安全稳定运行。