一起35kV风机箱变故障案例分析

中国能源建设集团投资有限公司吉林分公司 檀 健

1 引言

35kV风机箱变作为配电网中重要的设备之一，广泛应用于风电场等电力系统中，其主要作用是将风电机组产生的高电压（通常为690V或1500V）升压至35kV，以便输送到电网中。在这个过程中，真空断路器作为关键的保护和控制设备，发挥着重要的作用。

在35kV风机箱变中，真空断路器主要用于对电路进行分闸和合闸操作，以确保电流的正常流通和设备的安全运行。当发生故障或需要对电路进行检修时，真空断路器可迅速切断电流，避免电气设备受到过载或短路造成的损坏[1]。由于35kV风机箱变通常处于户外环境下，面临着各种恶劣的气候条件和工作环境，因此，真空断路器必须具备耐久、可靠和高效的特性，其合理的设计和正常的运行对于保障电力系统的稳定运行和风电场的正常发电至关重要[2]。

2 35kV风机箱变故障情况

2023年3月15日上午9点30分，某风电场的35kV风机箱变#1发生了真空断路器分闸失灵的故障。当时，运维人员注意到故障现象是真空断路器无法正常分闸，即使进行了多次的分闸操作，真空断路器仍未能打开断路，一直保持在闭合状态，进一步观察发现，分闸指示灯未亮起，显示真空断路器未完成分闸动作。

故障发生时，该风机箱变正处于运行状态，向电网输送电能。然而，由于真空断路器无法分闸，风机箱变无法切断电路，导致风机箱变仍然与电网连接，可能引发安全隐患和系统稳定性问题。

故障发生地点是风机箱变#1，该变电站负责将风电场产生的电能通过35kV电压等级的电力线路输送至主电网。真空断路器作为关键设备之一，用于保护和控制电路的开闭，发生故障将对电力系统的稳定运行产生不利影响。

故障现象的出现引起了运维人员的重视，立即进行了故障诊断和处理工作。然而，由于故障的具体原因尚未确定，需要进行进一步的故障原因查找和处理过程，以确定导致真空断路器分闸失灵的具体原因，并采取相应的修复措施，恢复风机箱变的正常运行，如图1所示。

图1 风机箱变#1出现真空断路器分闸失灵

3 故障原因查找及处理

3.1 现场调查

在故障发生后，立即派遣维护人员前往现场进行调查。调查人员仔细观察真空断路器的状态，检查是否有物理损坏、松动或异常现象，并记录现场照片以作为后续分析的依据。

3.2 设备检查

为了更深入地分析故障情况，查阅了风机箱变的历史维护记录和操作数据，并对以下设备进行相关检查：对真空断路器及相关设备进行仔细检查，包括操作结构、真空瓶、控制柜等；检查操作机构是否正常运行，是否存在卡滞或磨损等问题；检查真空瓶是否存在漏气或其他内部问题；检查控制柜中的继电器、保护装置和连接线路是否正常。

通过检查后得出：根据历史维修记录，在故障发生之前，该风机箱变的真空断路器一直处于正常工作状态，没有报告过类似的问题或任何与分闸失灵相关的异常情况；进一步的数据分析表明，风机箱变的其他设备（如主变压器、保护继电器和控制柜）未发生故障，其运行状态正常。因此，可以初步排除其他设备故障对真空断路器分闸失灵的影响。

3.3 测试和测量

使用合适的测试设备对真空断路器进行电气参数测试，包括分闸时间、分闸电流、分闸动作力等。测量并记录相关参数，与设备的额定值进行对比。进行真空瓶的漏气测试，以验证其密封性能。检查控制柜中的信号传输和继电器操作是否正常。

3.4 数据记录和分析

将现场调查、设备检查和测试测量的数据记录整理成表格或图表，以便后续分析，比较实际测量值与标准或设备规格的要求。

根据数据分析结果，寻找可能的故障原因，如操作机构故障、真空瓶漏气、控制系统故障等，真空断路器测试测量数据见表2。

表2 真空断路器测试测量数据

根据上述测试测量数据，可以看出真空断路器的分闸时间、分闸电流和分闸动作力均在标准要求范围内，符合正常运行的要求。真空瓶经过漏气测试，未发现漏气现象，表明其密封性能正常；控制柜的信号传输和继电器操作也正常。

基于以上数据分析，初步排除了操作机构故障、真空瓶漏气和控制系统故障对真空断路器分闸失灵的影响。进一步的现场调查和数据分析表明，故障的原因可能源于其他因素，如断路器内部触点接触不良、弹簧力不足等。

3.5 故障原因确定

为了更准确地分析故障情况，研究者进一步地现场调查和检查，确定具体的故障原因：检查真空断路器的操作机器，确保其可靠性和正常运行；进行真空瓶的测试和检查，排除真空瓶内部问题导致的故障；检查风机箱变的控制系统，包括控制柜和保护继电器，以确保其与真空断路器的协调工作正常。通过以上的故障情况分析和进一步的现场调查，将能够准确确定35kV风机箱变真空断路器分闸失灵的具体原因，并提出相应的解决方案和建议，以确保故障的及时修复和系统的可靠运行。

综合以上分析，初步判断故障主要集中在真空断路器本身，可能的原因包括操作机构故障、真空瓶问题或控制系统故障。

4 故障分析

本文对35kV风机箱变真空断路器分闸失灵进行深入分析，以下是针对本案例的故障分析具体原因。

4.1 操作机器故障

通过现场调查和检查操作机器，发现操作机器的电磁驱动机构存在问题。根据理论知识，电磁驱动机构负责提供分闸动作力，如果存在故障，如卡滞、磨损或机械部件松动，可能导致分闸失灵。在本案例中，推测操作机构的磁力不足，导致分闸动作力不够，从而导致分闸失灵。

4.2 真空瓶问题

通过实地检查，未发现真空瓶本身存在明显的问题。然而，需要进一步检查真空瓶的密封性能，特别是密封面和密封圈。根据理论知识，如果真空瓶的密封面不平整、密封圈老化或安装不当，可能导致漏气现象。在本案例中，需要对真空瓶的密封性能进行详细测试，以排除真空瓶问题对分闸失灵的影响。

4.3 控制系统故障

控制系统是实现真空断路器分闸的关键部分，通过检查控制系统的继电器、保护装置和信号传输线路，发现继电器失灵的可能性较大[3]。继电器的正常工作对于控制系统的稳定运行至关重要，如果继电器失灵，可能导致信号传输异常或控制信号无法正常到达真空断路器，进而影响分闸动作。因此，需要对继电器进行详细检查和测试，以确认是否存在故障。

综合故障原因所述，针对本案例中真空断路器分闸失灵的故障原因，主要关注操作机构故障、真空瓶问题和控制系统故障。在进一步分析时，需要结合实际情况，进行详细的现场检查和测试，以确认具体的故障原因，将有助于制定相应的故障处理方案和预防措施，提高35kV风机箱变的可靠性和稳定性。

5 建议

根据对35kV风机箱变真空断路器分闸失灵故障的分析结果，提出以下建议和解决方案，以确保故障得到有效修复和未来的预防。

5.1 修复或更换设备

针对操作机构故障，建议对电磁驱动机构进行修复或更换，确保其正常工作，包括清洁、润滑、更换磨损部件或调整机械传动机构。如果真空瓶的密封性能存在问题，建议更换密封圈或调整密封面，以确保真空瓶的良好密封性能。若控制系统出现故障，进行相应的检修和修复，包括检查控制电路、更换故障传感器或继电器，并进行必要的校准和调试[4]。另外，考虑根据最新技术标准和设备可靠性要求更新设备。包括更换老化部件、采用更可靠替代品或升级至新一代真空断路器设备。

通过修复或更换设备，可解决35kV风机箱变真空断路器分闸失灵故障，提升系统可靠性和稳定性，在实施前，需进行评估和论证，确保方案可行且有效。

5.2 改进维护计划

建议建立定期维护计划，包括对真空断路器的操作机构、真空瓶和控制系统的检查和测试，定期维护可及早发现潜在问题，减少故障发生的概率。

在维护计划中，重点关注操作机构的清洁、润滑和磨损部件的更换。对真空瓶进行定期的密封性能测试和清洁，确保控制系统的继电器、保护装置和信号传输线路的正常工作。

5.3 加强操作培训

建议对操作人员进行定期的培训和技能提升，以确保他们熟悉真空断路器的操作原理、正确的操作流程和应急措施。培训内容可以包括真空断路器的结构和工作原理、操作机构的维护和调整方法、控制系统的功能和操作流程等。

5.4 强化监测和检测

建议在35kV风机箱变中引入远程监测和故障检测技术，以实时监测真空断路器的工作状态和性能参数，有助于及时发现潜在问题，并采取相应的预防措施。

定期巡视和检查设备，特别关注关键部位和易损件；安装在线监测装置，实时监测电流、电压、温度等参数；制定频繁的维护计划，定期保养和更换老化部件；使用红外热像仪检测设备热量分布；记录故障事件，分析故障频率和类型；及时关注技术进展和标准规范，采纳新技术。同时，建立完善的记录和分析机制，从故障中汲取经验教训，不断提升设备管理水平和预防能力[5]。

总之，通过修复或更换设备、改进维护计划、加强操作培训和强化监测和检测，可以有效解决35kV风机箱变真空断路器分闸失灵的问题，这些建议具有可行性和实施性，并能提高系统的可靠性和稳定性。然而，在实施这些建议时，需要充分考虑实际情况和经济成本，并确保按照相关的标准和规范进行操作和维护。

6 结语

35kV风机箱变故障对电力系统的安全运行具有重要性，通过本论文的故障案例分析，深入了解了真空断路器分闸失灵的故障原因，并提出了相应的预防措施，对于提高系统的可靠性和稳定性具有重要意义，为配电网的工程人员提供了有益的参考和指导。本研究应该持续关注风机箱变的故障情况，加强维护和管理工作，确保电力系统的安全稳定运行。