柱上断路器控制回路故障的分析与解决

2022-04-09宋志华杨兴平果晓斌张志军

上海电气技术 2022年1期

何斌宋志华杨兴平果晓斌朱勇李军张志军

中国石油化工集团胜利石油管理局电力分公司山东东营 257000

1 故障情况

在油田电网中,有数量较多的无人值守变电站。无人值守变电站处于沿海滩涂,负荷较低,出线不多,考虑到防腐、防海潮问题,6 kV母线常采用架空框架式,出口断路器采用防腐性能优异的ZW20-12型柱上断路器。在安装和调试过程中,ZW20-12型柱上断路器出现一些问题,造成控制开关无故跳闸、保护装置烧毁等现象。对发生故障较多的大二变ZW20-12型柱上断路器机构箱进行开箱检查,发现行程开关烧毁,触点黏连。若不进行处理,将会影响油田电网的安全运行,给油田电网供电埋下较大的隐患。笔者以大二变大西线控制回路为例,进行故障原因分析,并提出处理方案。

2 原因分析

更换全新ZW20-12型柱上断路器后,检查外部接线,与安装图纸一致无误。然后进行整组传动试验,操作把手手动合闸,控制电源熔断器正极熔断器管熔断,合闸电源断路器跳闸,6 kV控制总电源断路器跳闸,6 kV断路器能合闸但不储能,测控保护装置报控制回路断线。从现象上初步判断,发生了电源短路故障。核对外部接线无误,问题应该产生于6 kV断路器内部。从厂家图纸上分析控制回路各个器件的动作过程,如图1所示,电机储能回路和已储能信号回路虽然不是使用同一对常开触点,但是两对常开触点共用一个行程开关CK,合闸瞬间行程开关CK动作,造成正、负极电源短路。

图1 控制回路图纸

电机储能回路使用行程开关CK的常闭触点①、②,储能完毕后行程开关CK动作,常闭触点①、②断开,常闭触点①接合闸电源负极。已储能信号在保护装置中采用共负极公共端,已储能信号回路使用行程开关CK的常开触点③、④,储能完毕后行程开关CK动作,常开触点③、④闭合,常开触点④接信号电源正极。

进一步分析,在合闸瞬间,储能弹簧释放,行程开关CK复归,常开触点③、④断开,常闭触点①、②闭合。常开触点③、④断开时,与动片间会产生一定拉弧。常闭触点①、②闭合时,与动片间会产生电火花。由于行程开关的规格型号不适合220 V直流电压使用环境,动片与静触点之间的行程过短,不能有效熄灭直流电弧,由此常闭触点①、动片、常开触点④之间会形成电弧维持,造成合闸电源负极与信号电源正极之间直接短路。信号电源正极接在控制电源后侧,因此在造成控制电源跳闸的同时,又造成储能电源断路器跳闸。

3 处理方案

根据故障原因分析,控制回路中行程开关选择存在缺陷,但由于ZW20-12型柱上断路器机构箱狭小,无法增加大行程开关。对此,从两个方面进行处理。

第一,扩充行程开关数量。现有设备中,行程开关安装了两台,再加装一台行程开关,将电机储能回路与已储能信号回路分开,保证每台行程开关内部回路的独立。

第二,改进电机储能回路。由于直流电机的工作性质,启动和断开电机都会造成行程开关触点出现火花、电弧。在触点接通瞬间,触点上流过数倍于工作电流的电流冲击。在触点断开瞬间,电路储存的电磁能以火花的形式在触头间释放。这两方面都会造成行程开关触点的损耗。对此,在行程开关触点两端加装阻容回路,减少电火花和电弧的产生。

综合两方面处理的控制回路处理方案如图2所示。