油断路器异常现象及处理方法

(一) 泄漏电流超标

据报道,近些年来,浙江、河北、山东、黑龙江等地的少油断路器泄漏电流超标现象时有发生,其原因及处理方法如下:

1.支柱瓷套内存在负压

浙江省某电力局共有SW4系列少油断路器43台,1990年共发生泄漏电流超标16台次,占SW4系列少油断路器总数的37.2%,其中3台属频繁超标。

分析认为泄漏电流超标的原因是支柱瓷套内存在负压。其理由是:

(1)泄漏电流超标都发生在支柱瓷套上,而总数为支柱瓷套2倍的消弧室却从未发生过泄漏电流超标。因为SW4系列少油断路器的消弧室可以通过逆止阀和油气分离器与大气呼吸,内部不会产生负压,且作为通流元件和灭弧元件,存在热效应,同时电弧还能分解油中的水分子,所以它的泄漏电流从来不超标。

(2)曾多次发生SW4系列少油断路器漏油现象自动消失的情况。具体条件是在突变的高温天气的中午,断路器三角机构箱与支柱瓷套连接法兰处的严重漏油现象,不需检修就能自动恢复正常。

(3)有时出现从支柱瓷套底部放不出油的情况。此时正是支柱瓷套内部出现负压的时候。

支柱瓷套内部出现负压的原因是:20世纪80年代初期,某开关厂将SW4系列少油断路器的三角机构箱与支柱瓷套传动连接的T 字杆密封材料,由原先的油毛毡垫或O 型橡胶轴封改进为拖拉机双向轴封,使支柱瓷套成为一个全密封单元件。由于支柱瓷套内空气室相对体积较小,随户外气温的升降,瓷套内部就产生相应的正、负压力,特别是在秋天,昼夜温差大,清晨的低温使支柱瓷套内产生负压,以致使个别密封有缺陷或薄弱环节的地方,如支柱瓷套油表处,对侧手风孔处,加油孔等处,密封被破坏,吸进水气或水珠。由于这些水汽或水珠在初期主要分布在瓷套内壁,所以超标的断路器支柱瓷套的泄漏电流通道均在瓷套内壁,而绝缘提升杆均相当良好。

有些断路器,由于内部存在负压,泄漏电流年年超标,甚至在检修处理后几个月就超标,而且,尽管在检修处理时特别注意也难以避免超标。

防止SW4系列少油断路器支柱瓷套泄漏电流超标的改进方法有:

1)外连通法。它是采用高压紫铜管 (如汽车制动系统用的紫铜管),将支柱瓷套与三角机构箱的空气室在外部连通,高压紫铜管与断路器本体的连接处均采用专用接头加橡皮密封垫,这样能可靠地防止雨水从接头处渗入断路器内部。具体连通部位如图6-2所示。

图6-2　外连通部位示意图

改进前后SW4—110Ⅱ型少油断路器支柱瓷套泄漏电流的测量结果如表6-1所示。

应当指出,改进后,1991年11月泄漏电流又超标 (括号内数字)是因为在改造中,既未对T杆轴封进行清洗,也未对支柱瓷套与三角机构箱连接法兰处密封垫进行清洗,这两处水分最后又渗入瓷套内部而导致泄漏电流超标。

该改进方法工作量小,也不影响断路器的机械特性参数,所以便于在现场推广。

2)将消弧室、三角机构箱和支柱瓷套三个油室全部连通。这是一个完美的方法,但工作量相当大,只适用于制造厂对新产品进行改进。

2.密封不良、进水受潮

密封不良,断路器进水,使绝缘受潮是导致其泄漏电流超标的常见的重要原因。例如:

表6-1　SW4—110Ⅱ型少油断路器支柱瓷套泄漏电流测量结果(μA)

(1)某220kV少油断路器,试验电压应为40kV,但在施加20kV直流试验电压时,泄漏电流值就高达250μA。检修时放出约1kg的水。进水的具体原因是端部密封不良;三角机构箱密封结构不良;端部防爆孔结构不合理,且较短。因此,这些部位都容易进水。

(2)某台SW4—110Ⅱ型少油断路器,每次测量泄漏电流值都严重超标,甚至高达250μA 以上,经热油循环处理后,不到半年泄漏电流又大于250μA,连续换油两次后,泄漏电流减少极微,说明进水受潮已极严重。

现场运行经验表明,这种型式的少油断路器进水受潮比较普遍。表6-2列出了SW4—110、SW4—220型少油断路器易进水的部位、原因及处理方法。

表6-2　SW4—110、SW4—220型少油断路器易进水部位、原因及处理方法

续表

3.断路器内有异物

若断路器内有棉纱等异物,它们容易吸潮并形成“导电小桥”,使断路器泄漏电流超标。例如,某台SW7—110型少油断路器,B 相泄漏电流曾达到490μA (双元件),严重超标。在1993年6月30日彻底大修时,从断路器里清出一些异物,如橡胶碎块、漆皮、棉状物等,约有一小把,且油中有水。泄漏电流超标是由于上述异物和水分综合作用引起的。

为消除异物的影响,在安装及大修时应认真彻底清除异物,必要时对油进行过滤。

(二) 全密封式断路器支柱瓷套进水现象

目前,我国电力系统使用的国产高压少油断路器断口和支柱瓷套的密封结构一般有两种型式,一种是全密封式,如SW7—220型少油断路器;另一种是敞开式 (实际是半密封,通过排气阀或其他呼吸孔与大气相通),除SW7—220 型外,其他形式的少油断路器支柱瓷套和断口基本上都是敞开式的。按理说,敞开式结构容易引起进水受潮,而全密封结构似乎无进水可能。但是,现场运行经验表明,全密封式少油断路器因进水受潮引起事故者并不亚于敞开式的。

全密封式少油断路器支柱瓷套进水的原因如下:

(1)设计和维修工艺不良。

SW7—220型少油断路器支柱瓷套上部的三角机构箱部分密封点太多,如手孔盖板、油标、导轨盖板及箱顶盖板等。一般手孔及油标的位置大部分置于油位之下,若有密封不良能从渗漏油现象中发现,但手孔上方、油标上部、导轨盖板及箱顶盖板若出现密封不良时,如不进行耐油压试漏就不易发现,特别是箱顶盖板结构是平板式的,且是水平安装,若密封不良,雨水很容易从螺孔中进入三角机构箱。某水力发电厂曾在现场发现因箱顶盖板螺丝太长,螺丝拧到底而密封垫未受力的情况,显然此处容易进水。

(2)材料质量和制造工艺不良。

在材料质量方面,常见的是钢材或铸件存在砂眼,制造中未进行检查或检查中未发现,在运行中导致进水,不少单位在试漏中发现三角机构箱有砂眼。

在制造工艺方面,没有能按照先焊接后加工的方法处理,造成变形。例如,现场发现有些密封面变形较严重,在装配或维修中,工艺稍不注意就可能导致密封不良,从而进水。

(3)支柱瓷套及三角机构箱内存在较严重的负压。

由于SW7—220型少油断路器的支柱瓷套是全密封的,所以内外气路不通,致使内外压力不平衡,在温度变化较大或取油样后油体积减少而造成支柱瓷套内为负压。

有关文献计算结果表明,当支柱瓷套加油时的温度为35～40℃,而运行中温度下降至0℃时,支柱瓷套内将出现负压。若再考虑取样5～10次,则负压还将增加。若维修工艺稍不注意或制造工艺、材料质量稍有不良时,就可能在负压最大的某一瞬间使密封最薄弱点破坏,从而导致进气或进水。特别是在多雨的南方,温度变化大的山区,更容易由此而引起进水受潮。某水力发电厂在现场曾发现SW7—220型少油断路器支柱套管在安装、检修后未见进水,但在运行1～2年后,各相油中都不同程度地含有水分,甚至有的在三角机构箱顶盖加装防雨罩后仍出现进水受潮现象。这充分说明支柱瓷套内存在负压,存在从密封薄弱部分进水受潮的可能性。

应当指出,上述进水情况往往在事后很难找到密封不良的进水部位,因为当负压降至一定值 (密封压力大于负压力)时,又恢复正常密封。

上述进水现象,有时用仪器检测也不易测出油中含水量,出现所谓无水的假象,通常称为假无水现象,造成假无水现象的原因是:

(1)水分未溶解于油中。由于支柱瓷套内进水时间不长,水分尚未溶解于油中,而为沉积状。取油样作水分定性分析时,一般只是把试样放在试管中用酒精灯烧,所以不易检出。若用库仑仪作微量水分测定时,可测出油中含水量及其增长情况。

(2)负压的影响。由上所述,支柱瓷套内可能出现负压力,此时,支柱瓷套内将呈半真空状态,导致真空吸力现象。加上进水未溶解于油中,而是沉积状,所以当水珠靠近取样口时可能水珠会被取样发现,若水珠离取样口较远时,就可能受真空吸力影响而不流向取样口,因此发现不了水分,出现了无水的假象。直到水分较多时或进水时间较长后才能被发现。

(三) 对全密封式断路器支柱瓷套进水现象的处理方法

1.提高密封水平

首先严格要求安装、维修工艺,提高各密封面的密封水平;其次是在安装或检修后进行油压试漏。试漏时,要求加油压0.05～0.08 MPa,以检查安装和维修工艺,发现薄弱环节及时进行处理。

2.加装防雨罩

在三角机构箱顶盖板上加装防雨罩,以防止顶盖密封不良引起的进水。这是因为三角机构箱其他密封盖板均是垂直安装的,而顶盖盖板是水平安装的平板式盖板,若维修工艺不良,上面的积水很容易进入三角机构箱导致绝缘受潮。加上防雨罩后,此处进水问题可得到解决。

3.加装呼吸孔道

其目的是使支柱瓷套内气路与大气相通,从而实现内外压力相等,以消除支柱瓷套内由于温度变化及取油样造成的负压导致的进水。加装呼吸孔道的方式有三种:

(1)在三角机构箱箱顶盖板上打孔攻丝牙,然后装上直通式呼吸通道,如图6-3所示。并在三角机构箱箱顶盖板上方加装防雨罩。

(2)在三角机构箱箱顶盖板上装一个空气过滤式的呼吸通道,如图6-4所示。

图6-3　直通式呼吸通道示意图

1—呼吸道;2—防雨罩;3—三角机构箱箱顶盖板

图6-4　空气过滤式呼吸通道示意图

1—空气过滤器;2—防雨罩;3—三角机构箱箱顶盖板;4—硅胶干燥剂

(3)在三角机构箱上部或顶盖板上装一个小型吊式吸湿器作为呼吸通道,呼吸的空气经干燥的硅胶及油封过滤,防止潮气进入支柱瓷套,如图6-5所示。现场运行经验表明,以上三种方式第一种简单易行,第三种效果较好。

图6-5　油封式呼吸通道示意图

1—三角机构箱箱顶盖板;2—防雨罩;3—小型吊式吸湿器

(四) 断路器液压操动机构在运行中的异常现象

目前少油断路器普遍采用CY 型液压操动机构。这种机构完成分、合闸操作原理是利用液压传动能来实现的,CY3型液压操动系统示意图如图6-6所示,它的结构比较复杂。

多年来,现场运行经验表明,液压操动机构在运行和维护中有时会出现许多异常现象。常见的有如下几种:

1.泄压现象

断路器液压操动机构在运行中经常发生频繁打压现象。根据制造厂家规定,油泵在无操作的情况下,每天起动1次视为正常,每天超出1次均为频繁打压。在外观无大量泄油的情况下,频繁打压称为机构内部泄压现象。这种现象在运行中发生较多,而且直接影响设备的安全运行,造成临检。

泄压现象可以按如下3种情况分析。

(1)断路器长期处于合闸位置的泄压现象。造成泄压现象的原因及其相应的处理方法如下:

图6-6　CY3型液压操动系统示意图

1—行程压筒;2—合闸线圈;3—分闸线圈;4—合闸阀;5—分闸阀;6—放油阀;7—电触点压力表;8—工作缸;9—滤油器;10—油泵;12—电动机;13—微动开关;14—合闸线阀;15—断路器辅助开关;16—推杆;19—逆止阀;20—活塞;21—合闸二级阀;24—分闸球阀;26—自保球阀;27—分闸阀推杆;11、17、18、22、23、25—通道

1)液压油不清洁。自保持回路的单向逆止阀,及分合闸一级起动阀针下部的钢球均与阀座间形成金属硬线性密封,如果油中有杂质垫在钢球与阀座间的密封线上即会发生泄压,或当一级阀针冲击钢球后,钢球复位不正,线性密封没有形成或密封线上有伤痕就会发生泄压。这两种泄压系由液压油不清洁引起的,液压油内杂质含量高时,杂质有机会随同油流进入阀内,因钢球的行程较小 (1～1.5mm),所以杂质有机会垫在钢球与阀座之间,从而破坏了线性密封,造成机构泄压。为消除这种可能,对液压油应进行严格的过滤,以保证运行中的液压油清洁。造成钢球不正的原因是球托导向部分较短,复位弹簧上下端面不平行,起动阀针弯曲,检修时应按实际情况针对处理,当阀座密封线上有伤痕时应更换阀座。机构大修时对所有高压管路的内壁应进行严格的清扫,必须消除管内的油垢。

2)毛刺和楞角刮伤密封圈。分合闸阀体上均有φ3的泄油孔,这个小孔是制造时由外向里钻的孔,因此,在阀体的内壁上存在毛刺和楞角。当一级阀座放入阀体时,毛刺和楞角会刮伤阀座上的O型密封圈,引起泄压。安装时应用专用工具对φ3小孔进行光滑处理,处理后将O 型密封圈装入阀座上进行试装,往复拉动阀座验证密封圈无卡伤现象为止。

3)合模缝处有胶料。分合闸一级阀座与阀体间,上阀体与下阀体间,工作缸活塞的密封方式,称为径向密封,在高压油的作用力下,O 型圈受压,使O 型圈的外沿与阀体的内壁相接触,O 型圈的内沿与阀座的内壁相接触,形成内外两条密封线。O 型圈是由两块模具合在一起经过硫化而成,称为180°开模。而径向密封使O 型圈内外的接触面正是胶圈的合模缝处。模具老旧时会在胶圈的合模缝处不同程度地留有胶料,这些凸出的胶料会使阀座与阀体间形成许多小的孔洞,因此会造成漏油泄压,有的胶圈截面不圆,或预压缩量不足,均能引起泄压。采用径向密封方式使用的O 型圈应采用45°开模的为好,使合模缝躲开密封面如图6-7所示。

图6-7　180°和45°合模缝

4)接头螺母松动。高压油管路的泄漏,主要是指油箱内的高压管路,以CY3—Ⅱ型机构为例,油箱内合闸阀至操作合闸侧工作缸的高压管路,两侧均有胀圈密封,由于油箱内管路较多,在安装和大修时没有专用扳手,使螺母紧固力不足。在运行中,由于强烈振动 (分合闸操作)和胀圈的弹性及高压油流的冲击,这些因素会使接头螺母松动造成泄压。因此在安装和大修中一定要保证这一螺母的紧固力,或采取在螺母上加顶丝的方法,螺母紧固后再用顶丝顶住,达到防松的目的。

(2)断路器处于分闸状态的泄压现象。断路器处于分闸状态的泄压现象主要是由密封不严造成的。密封不严的部位和处理方法如下:

1)二级阀。二级阀下部钢球密封不严,高压油会从二级阀排油孔流出。

2)一级阀。合闸一级阀钢球密封不严或一级阀座胶圈密封不严,高压油会从合闸阀体上的φ3排油孔流出。合闸状态下也会有这一现象。

3)工作缸活塞密封圈。工作缸活塞密封圈不严,高压油会经过合闸管路流回合闸阀体内,由二级阀排油孔流出。

4)释放阀。CY5机构的慢合兼高压释放阀不严密,高压油也会由二级阀排油孔流出。

以上1)、2)两种情况与合闸位置的泄压情况相同,如前所述。工作缸活塞密封不良的情况分析如下:当机构在分闸位置时,工作缸的分闸侧充满了高压油,而合闸侧与油箱内的低压油区联通。工作缸内活塞上只有一个O 型圈起径向密封作用,当这一胶圈密封不良时,高压油会从工作缸的分闸侧进入合闸侧,再由合闸管路流入合闸阀,由于分闸位置时二级阀的锥面密封已打开,故高压油会从二级阀的排油孔流出。这一现象的发生,往往是由于长时间运行没有按期大修,或没有更换O 型圈所致,由于工作缸高速运动,对胶圈有一定的磨损,或胶圈质量不佳。

CY5机构在分闸位置时打压频繁,合闸后正常,这种现象是慢合兼高压释放阀不严密所造成的,因为当开关在分闸位置时,机构内二级阀在阀体的上部,高压油被二级阀钢球所逆止,此时合闸管路侧无高压油,当慢合兼高压释放阀密封不严时,高压油从慢合兼高压释放阀的子口处经φ6小管路流到截流阀,由截流阀经油箱内管路流入合闸阀体,分闸位置时二级阀锥面密封已打开,故高压油由阀体上的二级阀排油孔流出,给人以二级阀钢球不严的假象。慢合慢分阀的结构如图6 8所示。

图6-8　慢合慢分阀结构

(a)正常;(b)变形后

由图6-8中可以看出阀的结构是由带径向密封的顶丝,顶住钢球压在阀体的小孔上。这种密封方式称为金属线性密封,这种密封应有一条很好的密封线,但由于阀体的壁较薄,在外力的作用下,钢球有三分之一被压入管壁,因而破坏了线性密封条件,造成泄压。当机构在合闸位置时,二级阀在阀体的下部,二级阀锥面将阀体的泄压孔道密封,因此合闸后机构会正常运行。以上分析有几种情况均会由二级阀排油孔流出高压油。区分方法如下:

CY3—Ⅱ型机构可在分闸位置时,将油压打到额定值,然后用泵抽出低压油,此时不能碰合闸阀,以免机构动作,拆开工作缸合闸侧的高压油管,观察工作缸合闸侧接头处是否有油流出,如没有油流出说明工作缸内密封良好,二级阀钢球密封不严。否则应考虑活塞密封不良。CY5机构的区分方法与CY3有所不同,当机构在分闸位置时将油压打到额定值,抽出低压油,然后关闭截流阀,拆开慢合兼高压释放阀上φ6小管接头,如果从φ6小管接头流出油,说明工作缸内密封有问题。如果从慢合兼高压释放阀流出油,说明慢合兼高压释放阀不严密。如以上两点均不流油,说明二级阀钢球密封不严。

二级阀的阀口密封不严的处理方法是:

1)将钢球沾上研磨膏研磨阀口。

2)用黄铜棒顶住钢球,用小鎯头轻轻的敲打。

(3)合闸和分闸位置均有泄压现象。造成该情况下泄压现象的原因和处理方法如下:

1)安全阀在额定油压下动作,将高压油释放回油箱,造成频繁打压,这种现象的原因有:①安全阀内弹簧长期受高压油的作用力,多年后弹簧疲劳。因此在额定油压下即动作。②安装或大修中,安全阀外套与安全阀接头没有紧固好,安全阀外套上的顶丝没有拧紧,在机械振动下,造成阀套与阀体连接松动,使弹簧预压力得到释放,也会造成在额定油压下动作,使油泵打压频繁,这种现象往往发生在大修后的几年中,故断路器大修时应解体检查安全阀及清扫内部油垢,组装后应进行动作值的校验,以保证安全阀的动作值。

2)高压放油阀密封不严密,将高压油放回油箱,这种现象在CY5机构中发生较多。

近几年来,在某局多次发生贮能器活塞杆的V形组合密封圈被高压油击穿,液压油大量外泄,造成断路器被迫退出运行。经过详细的检查,发现是由微动开关或交流接触器失灵造成打高压,贮能器活塞杆下端有一横向小孔与纵向小孔相通,该小孔是贮能器产生高压时防止活塞继续上升,以致贮能器被打变形而设计的,当活塞杆缩入贮能器时,小孔将高压油放出贮能器,但是当活塞杆缩入贮能器时,横向小孔刮伤V 形组合密封圈,高压油会在V 形组合胶圈的伤痕处将胶圈击穿成通道,使高压油急速外泄而造成机构失压。从目前的产品质量来看,微动开关和交流接触器是现场很难彻底解决的。为防止机构产生高压,机构本身已设计了安全阀,活塞杆上放油小孔及电器回路的压力表异常压力接点,以CY5配SW2—60G 开关为例,安全阀动作压力为22±1MPa,压力表高压接点为20 MPa,而活塞杆小孔缩入贮能器的压力远远低于安全阀的动作压力和压力表的高压接点压力。该机构预充压力为8.8 MPa,预充压力在下线,即8.5MPa,那么,当活塞杆小孔进入贮能器时,压力表接点还不能闭合切断交流接触器励磁回路,即使切断励磁回路,当交流接触器卡涩时,还是不能使油泵停止工作,还会发生打高压现象。安全阀的动作几率很小,只有在活塞杆上小孔严密堵塞,交流接触器卡涩住的情况下动作。也就是说液压机构的高压保护的最后一个保护,实际上在运行中几乎没有发挥作用。根据以上现象的分析,建议采用如下方法处理。

1)在油泵停止的微动开关位置上再装一个微动开关,并与原微动开关串联。

2)将起动电机的交流接触器再串联一个交流接触器,并吊装在机构内。

3)将安全阀的动作压力值降低到活塞小孔刚接触V 形组合密封圈下沿时的压力,并保证在高于额定油压1 MPa时恢复。

4)在油泵停止的微动开关上方约1cm 处,再装一个微动开关,用该微动开关控制一台交流接触器,并将交流接触器串入电动机电源回路,当原交流接触器卡涩时,贮能器活塞杆会继续上升,越过油泵停止开关后,后装的微动开关断开,使交流接触器也断开,切断电动机电源,使机构不产生高压。

5)在液压操作机构的高压管路中安装一个压力传感器,并通过电缆将电信号传入主控室内的控制屏上,在屏上安装一块压力表,直接反应出机构内的压力值,使运行人员在室内即可直观机构的压力情况。

6)压力继电器是把油液的压力变化转变为电信号的一种信号转换元件,在高压油管路上安装一块压力继电器,其接点串联在交流接触器的励磁线圈回路中,当液压系统中的压力升高到预定值时,自动断开接触器,切断电机电源,同时发出信号。

2.压力异常现象

保持液压操动机构正常的工作压力,是保证断路器可靠动作的前提之一。在机构的调试和运行维护中,经常会遇到压力异常高和压力异常低的现象。分析如下。

(1)压力异常高。液压机构压力异常高是指其压力随时间的增长而增高。造成压力异常高的原因及相应的处理方法如下:

1)高压油进入氮气室。例如,某大型变电所2号主变压器的SW2—220Ⅰ型少油断路器,配用CY3—Ⅱ型机构,由于高压油进入氮气室,造成油、氮混合。使其压力从额定压力22 MPa 上升到26MPa。

高压油进入氮气室的常见原因如下:

(a)贮气筒活塞密封圈的预压紧力不够。由于CY3型液压机构的贮压筒活塞静止在工作位置时,油压仅比气压高4%,压差很小,活塞的V 型密封圈除预压缩以外受到油压的压缩较少,因此在组装时要注意保证V 型密封圈有适当的预压缩。有的单位曾多次发现厂家组装的贮压筒活塞密封圈的轴向预压为0.5mm,运行2 年左右,由于密封圈老化,预压缩不起作用,高压油从密封圈处进入氮气腔出现压力异常。现场长期运行经验证明,预压缩量在1～1.5mm 较为合适。

(b)贮压筒活塞杆与筒不同心。贮压筒、贮压筒活塞上与活塞杆螺纹连接的孔及端盖孔应同心。某供电局解体发现几起由于两者不同心造成活塞与筒间隙不均匀,使一侧划破 (集中在圆周的一段内),密封圈损坏,高压油进入氮气腔,引起压力异常的现象。尤其是完善化前的产品,由于活塞杆与活塞间有-M16 弹簧垫圈,当活塞杆装入活塞时,有时将弹簧垫压不平,使得活塞杆倾斜,造成筒与活塞一侧被研磨。对此,应按厂家完善化方案及时进行改进,取消M16弹簧垫圈,改装成φ22×3的O 型圈做端面密封。但根本的办法应当是制造厂提高产品质量,保证零件加工的同心度。

(c)贮压器装配不清洁。贮压器装配时要求有较高的清洁度,尤其是不得有铁屑、毛刺等杂物混入。现场曾发现贮压器氮气室进油约100mm 高,筒内壁有严重划伤 (集中在圆周一侧)。经检查,从贮压筒端盖内取出一小块碎弹簧垫,由于此碎弹簧垫在贮压器工作时跑到筒壁与活塞之间,所以造成筒壁研伤。早期产品中有的活塞端面没有1×45°倒角,毛刺也没去掉,因而活塞工作时挤出毛刺、铁屑,研坏筒壁的现象时有发生。因此,检修装配时,要特别注意清洁度及零件去毛刺工作。

2)微动开关失灵。据现场统计,由于微动开关失灵而造成液压机构事故或异常者,约占整个机构故障的30%左右。某供电局在运行中曾多次发生因微动开关失灵而使油泵停不下来的现象。油泵停不下来,则油压不断升高,直到电接点压力表高压力接点动作,油泵电源才被切断。为防止此类异常现象的发生,应加强对微动开关的维修,定期检查微动开关的动作情况。调整微动开关与贮压筒活塞杆之间相对位置时,应使活塞杆触动滚轮的起始点不超过滚轮的中心,并且当滚轮进入活塞杆φ28外圆后,杠杆与微动开关本体端面之间应有1～2mm 间隙,如不相符,可松开微动开关固定座的螺栓,左右转动固定座,找到符合要求的位置后拧紧螺栓。

3)压力表失灵。压力表下未装阻尼孔,多次冲击后失灵。处理的方法是,在压力表管接头下应有阻尼孔,并对压力表进行定期校验。

4)温度升高。完善化前的机构箱隔热、通风不好,在高温季节,机构箱受太阳直射时箱内温度可高达50℃。在这种情况下,如原有预压力及停泵压力稍高,便会有压力异常信号发出。

处理的方法是,改造机构箱,以改善隔热、通风性能。如某供电局改造时,除箱底外,其他5面都加贴隔热性能较好的软木板 (厚10mm)。机构箱两侧板上 (对角线)增加通风孔,使箱内空气对流。改造后收到良好效果。

5)油泵电源回路故障。某供电局曾多次发现由于CJ10—10型交流接触器的触头拒动而造成压力异常升高的现象。其主要原因是交流接触器上积有油垢,天气冷时,油垢冻结使得铁芯粘住不能返回,因而触头打不开。

处理的方法主要是定期检查交流接触器铁芯、触头,使其保持清洁,无油垢,确保复归可靠,工作正常。

(2)压力异常低。

1)漏氮。压力异常低一般是因漏氮而引起的,主要表现在压力的变化是时间的减函数,并且随时间增长而降低,但压力比不改变。造成漏氮的原因是密封不良和贮压筒焊缝处焊接不好。例如某大型变电所的SW2—220Ⅰ型少油断路器配CY3—Ⅱ型机构,因贮压筒上端盖密封损坏造成漏氮,压力由额定压力22MPa降低到18.5MPa。

2)气温过低。在东北地区,冬季气温很低,常发生压力异常降低的现象。其主要原因是电热保险熔断、电热管和交流接触器烧损等。因为一旦发生上述故障,“热源”消失,会使液压机构箱温度下降得很低,导致压力异常降低,发出压力异常信号。

压力异常低的处理方法如下:①严格密封。若单向逆止阀密封不严,应拆开贮压筒对单向阀进行检查,如发现此漏气或漏油,可用锤子敲击钢球。若贮压筒活塞杆密封圈、活塞与内壁间的V 型密封圈因磨损而无压缩量,应予更换。若内壁有纵向沟痕,可用800号水砂纸或油石细细打磨。②提高焊接质量。若焊缝焊接不好,应用高压焊条进行补焊。值得注意的是,贮压筒是40CT (铬钢),上盖板是45号钢,焊接材料及焊接质量和工艺都要求高些。③过滤液压油。若对油进行过滤后仍不好,可解体更换阀座、钢球和胶圈等。④迅速恢复电热。当“热源”消失时,应迅速恢复电热,最好在机构箱内,另加辅助电热,使箱内温度尽快上升,待温度达到正常温度时,再撤除辅助电热。

CY 型液压操动机构出现的异常现象、原因及处理方法列于表6-3中,供分析时参考。

(五) 断路器拒分现象

当电网发生故障时,保护装置动作,而断路器拒分,称为拒分现象。由于拒分可导致远后备保护装置动作,不得不越级跳闸,扩大停电面积。断路器常见拒分现象的原因及相应的处理方法如下:

1.断路器分闸线圈失压或欠压故障

(1)控制回路熔体熔断。

除熔体选择、安装、运行等自身原因外,因控制回路中电压线圈匝间短路、分压元件被短路、发生电源正负两极两点接地短路等,都会导致熔体熔断。操动机构控制回路因熔体熔断而无直流电源,使操动机构不能分闸。

表6-3　CY型液压操动机构出现的异常现象、原因及处理方法

续表

处理方法:检查熔体熔断的原因,必要时更换熔体。

(2)分闸线圈回路断路或接点接触不良。

分闸线圈回路各元件连接线断线,接线松脱,元件触点接触不良,控制开关的接点不能接通,继电保护失灵,其出口接点未能闭合,断路器的辅助触点闭合不好,都无法使分闸线圈通电分闸。

处理方法:逐段检查。详见断路器拒合的电气故障处理。对辅助触点接触不良,应按照产品使用说明书的技术要求,调整辅助开关拐臂与连杆的角度以及拉杆与连杆的长度,使之符合要求并更换锈蚀和损坏的触头片。

(3)电源电压过低。

因直流电源电压低于分闸线圈的额定电压,致使分闸时虽然动作却不能分闸。

处理方法:调整直流电源电压,使之适合分闸线圈的额定电压。当电源电压调整后,应在断路器处于分闸位置时测量分闸线圈电压降,其值不小于电源电压的90%才为合格。具体方法是将保护跳闸回路接通,用高内阻直流电压表 (万用表即可)并在分闸线圈两端,短接分闸回路中断路器辅助触点使分闸线圈动作,即可读出分闸线圈电压降。

(4)控制回路两点接地故障。

如图6-9 所示;接地发生在B、E 两点、C、E或D、E两点。当保护动作或操作控制开关进行分闸时,可能造成继电器或分闸线圈电流回路被分流,不但造成断路器拒分,而且会引起电源短路,造成熔体熔断,同时有烧坏继电器触点的可能。

为监视直流回路绝缘状态,直流母线都设有经过切换的直流绝缘检测装置,即用直流电压表分别测量母线正极对地、负极对地的电压。当发现有接地现象存在时,应根据运行方式、操作情况、气候影响进行判断可能接地的处所,采取拉路寻找分段处理的方法,以先信号和照明部分后操作部分、先室外部分后室内部分的原则进行。在切断各专用直流回路时,切断时间不得超过3s,不论回路接地与否应合上。当发现某一专用直流回路有接地时,应及时找出接地点,尽快消除。

图6-9　直流系统接地情况图

SA—控制开关;KA1、KA2—电流继电器;KOM—中间继电器;KS—信号继电器;LT—跳闸线圈;QF—断路器辅助触点

为减少因直流系统二次回路绝缘电阻降低而发生接地,对安装和运行中的二次回路接线及继电器绝缘电阻,每年春季应进行测试。其绝缘电阻值标准如下:

1)新安装和定期试验时,应对全部接线回路用500～1000V 兆欧表测定绝缘电阻,其值应不小于1MΩ。

2)单个继电器在新安装时或经过解体检修后,应用500～1000V 兆欧表测定绝缘电阻,其全部端子对底座和磁导体的绝缘电阻应不小于50MΩ;各线圈的绝缘电阻应不小于10 MΩ;各线圈对触点间的绝缘电阻应不小于50MΩ。

3)在定期试验具有几个线圈的中间继电器时,应测试各线圈间的绝缘电阻。

4)耐压试验。继电器在新安装和经过解体检修后应进行耐压试验。继电器的导体对金属底座部分,应能耐受交流试验电压1000V,时间为1min。允许用2500V 兆欧表测定绝缘电阻来代替交流耐压试验,所测绝缘电阻应不小于20 MΩ。

5)进行绝缘电阻测定或耐压试验时,必须将不能承受高电压冲击的元器件如电容、整流器件等从回路断开或将这些元件短路。

6)在断开其他所有连接支路时,直流小母线和控制盘电压小母线应不小于10 MΩ。

7)二次回路的每一支路和断路器,隔离开关操作机构的电源回路应不小于1MΩ。

8)主操作回路、保护回路和500～1000V 直流发电机的励磁回路应不小于1MΩ。

9)在比较潮湿的地方,2)、3)两项的绝缘电阻允许降低到0.5MΩ。

10)新安装的元件的平均绝缘电阻参考数值,如表6-4所示。

表6-4　绝缘电阻参考值

对二次回路及设备绝缘电阻的测定,一般应用1000V 兆欧表;对电压低于24V 的回路 (如晶体管保护电路等)应使用电压不超过500V 的兆欧表,亦可用万用表的10K 档。

2.断路器分闸线圈故障

(1)分闸线圈断线。

一般控制回路都设有断路器运行监视回路,即装设断路器合闸位置指示灯。分闸线圈断线将导致红灯RD 不亮,很容易被发现。

(2)分闸线圈匝间短路。

分闸线圈发生较少匝数之间短路,轻者分闸时因分闸线圈铁芯磁势可能有所下降而使断路器拒分,重者因短路点发热最终造成烧坏线圈。较多匝数之间短路,除上述情况外,还会出现红灯亮度略有增加,分闸时还可能造成控制回路熔体熔断。

(3)分闸线圈最低动作电压整定过高。

分闸线圈动作电压在额定电压的30%～65%时应能可靠分闸,不可随便提高最低动作电压,否则易导致断路器拒分,最终还会造成分闸线圈烧毁。

(4)分闸线圈烧毁。

断路器控制电路一般都装有跳跃闭锁装置,依靠跳跃闭锁继电器来防止跳跃现象的发生。无论是控制开关还是由保护装置去跳闸,电源电压加到分闸线圈上的同时,与其串联的跳跃闭锁继电器的电流线圈也被激励,其自保持触点闭合实现自保持,直至断路器动、静触头分断后,串联在分闸线圈回路的断路器辅助触点才断开,以确保可靠分闸。断开断路器辅助触点的目的是为了分闸线圈实现短时通电,若这种情况下因故发生断路器辅助触点未能正常断开,无法切断自保持回路,则分闸线圈就会因长期通过大电流而被烧毁。由于分闸线圈是按短时通过大电流设计的,对于220V 的直流电源,分闸线圈的电阻值是88Ω,220V 电压全部加在分闸线圈上将有2.5A 的电流通过,即分闸线圈的额定电流就是2.5A。对于110V 的直流电源,分闸线圈的额定电流为5A。所谓通过大电流,其大小就是指通过分闸线圈的电流接近于分闸线圈的额定电流。如果值班人员没有及时发现并处理,分闸线圈将发热直至烧毁。同时会造成跳跃闭锁继电器的电流线圈及其自保持触点,保护出口继电器触点等分闸回路电器元件被烧坏甚至烧毁。

实际运行中,断路器辅助触点未能正常断开的原因很多,如由于断路器辅助触点成扇形结构,当断路器接触行程调深了,断路器分闸后,其辅助触点断不开,或断开过慢。又如由于操作机构调整不当,机构卡死,造成断路器辅助触点断不开。显然,很多原因致使断路器拒分必然导致辅助触点拒断。总之,对具有“防跳”功能的断路器控制电源,不管什么原因起动分闸回路,无论断路器是否断开,只要断路器辅助触点未能正常断开,分闸线圈将会被烧毁。

另外,分闸操作次数过多使分闸线圈温度太高也是烧毁分闸线圈的原因之一,所以应尽量避免频繁操作,以操作过多次使线圈温度超过65℃以上时应暂停操作,待线圈温度下降到65℃以下时再进行操作。

为减少上述故障,应重视检修和维护工作,其主要内容如下:

1)要定期对断路器电磁机构进行检修和维护保养。在春冬两季到来之前,要进行一次转动机械部位的清扫及连接部位螺丝紧固检查,并注入润滑油。

2)在每年的春检工作时应对分闸线圈做动作电压试验。检验动作电压在额定电压的30%～65%时能否可靠分闸,保证整个电器回路的正确及操作机构的灵活和可靠性。

3)检查分闸机构的脱扣板间隙是否符合要求,如果分闸电磁铁因无冲程而全被压死,则使得分闸动作所需的电压升高。

4)断路器辅助开关传动机构应无变形、卡阻,连片的固定螺丝应无松动脱落,触点接触可靠到位,无氧化、油污现象,保证分闸时可靠动作。

对实际运行中,经常发生断路器分闸线圈被烧毁的情况,除加强检修和维护工作,以减少故障率外,用户还可针对控制分闸回路存在的问题进行改进。例如:

1)根据一般断路器的控制接线原理图,将其中的跳跃闭锁继电器KCF 的另一常开触点KCF4与一只具有延时动作触点、遮断容量为5A 的中间继电器2KM 串联,如图6-10所示。当分闸线圈通电动作同时,KCF 电流线圈也动作并自保持,其KCF4闭合,KM 通电,但其所有触点都延时动作。在延时期间,若分闸完成且断路器辅助触点正常断开,KCF 电流线圈失电,其KCF4返回,2KM 失电。若此时断路器辅助触点不能正常断开的时间超过了KM 的延长时间,则串联在分闸回路的常闭触点2KM1、2KM2断开,避免分闸线圈因通大电流时间过长而烧毁。同时常开触点2KM3闭合自保持,2KM4、2KM5便发生预告信号,SB为解除按钮。中间继电器的2KM1、2KM2两对触点并联后串联于分闸回路,其目的是增加分闸回路的可靠性,故每个触点的遮断电流容量应不小于5A。为使分闸有充分的时间,中间继电器所有触点延时时间应等于或大于800ms。才能完全躲过断路器的分闸时间。

2)某地10kV断路器分闸线圈烧坏的故障每年都要发生几起。分析其原因主要是在短路故障时,分闸线圈通电励磁,为保证断路器不致因意外原因而拒分,要求分闸线圈回路长期有电流通过,但是,分闸线圈是按短时工作设计的,所以很容易被烧毁。

为解决这个矛盾,可用数只型号为MZ72 (耐压270V)的电阻并联,再将这一并联电阻串接在分闸线圈前。由于这种电阻具有热敏特性,随着通电时间的延长,电阻值逐步增大至一定数值后便稳定不变。这样就可以在分闸线圈长期通电时限制分闸线圈回路的电流,使线圈不致被烧毁。

3.断路器分闸铁芯故障

(1)电磁操动机构分闸铁芯上移后不复位故障。断路器电磁操动机构分闸前就已经上移,且上移后不能复位,即铁芯没能回到正常位置。分闸时,分闸铁芯行程不够,导致作用于连板的冲击力不足,从而造成断路器拒分。分析结果表明,可能有以下几种原因:

图6-10　改进后的断路器控制接线原理图

KCF—跳跃闭锁 (防跳)继电器;KOM—保护出口中间继电器;1KM—合闸接触器;2KM—中间继电器;LT—跳闸线圈;HR—红色信号灯;HG—绿色信号灯;SB—信号解除按钮;WC—控制母线;WH—闪光母线;WS—信号母线

1)断路器在运行过程中,由于振动等原因,导致铁芯上移。

2)在分闸过程中控制回路的电压偏低或操作人员操作不到位,使分闸铁芯有上移动作,但没有完成分闸。

3)由于分闸铁芯具有较大的剩磁,铁芯与铁顶杆产生较大的电磁力,铁芯被吸住,造成铁芯上移后不能复位。

4)分闸线圈因故流过电流过大,使分闸线圈产生的电磁力能够造成铁芯慢慢上移且不能复位。

【例1】 某厂一台6kV,720k W 高压电动机,用配有CD10Ⅱ型电磁操动机构的SN1010Ⅱ型油断路器控制,经常出现断路器分闸失灵故障。经检查,发现在断路器分闸前,电磁操动机构铁芯就已经上移,且几乎碰到了分闸机构的四连杆。因此,在需要分闸时,分闸铁芯与四连杆之间便没有足够的行程和冲击力,导致断路器分闸失灵故障。

【例2】 某10kV线路发生故障,速断保护动作,断路器拒分,越级到母联开关保护动作,母联开关分闸,扩大了停电面积。事故后,经检查分析,发现该线路断路器分闸线圈的铁芯已经上移了一段距离,分闸铁芯行程不够,实测行程为16～18mm,而检修规程规定,分闸铁芯行程为33～34mm。由此推断,保护动作后分闸铁芯作用于连板的冲击力不足,从而造成了正常分闸和线路事故情况下的断路器拒分。线路正常情况下,如果电磁力作用使跳闸铁芯慢慢上移到一定位置,一旦发生事故需要断路器分闸时,断路器拒分就不可避免。在试验过程中,明显感觉到作用在铁芯上的电磁力比较大,说明运行监视回路电流比较大,即监视断路器分合状态的红灯RD 及电阻R 分压偏小,而分闸线圈长期分压偏大,因而产生的电磁力使分闸铁芯慢慢上移,因该电磁力长期存在,分闸铁芯保持在上移后的位置不会复位。

对此种故障,可以对运行监视回路进行改造,用提高红灯RD 额定电压、增大分压电阻R 阻值的办法就可解决。替换后,运行监视回路电流大大减小,再对分闸铁芯进行试验时,几乎感觉不到电磁力的作用。再将铁芯轻轻托起到任一位置后松手,铁芯马上回到原来的位置,不再像改造前那样,托起后松手,铁芯保持在托起位置而不能复位,说明改造后能确保铁芯的行程和作用于连板冲击力,消除了事故隐患,避免了拒分现象的发生。

对该类事故的处理方法如下:①可考虑将铁芯改用不易产生剩磁的不锈钢或将铁顶杆改成黄铜杆,但黄铜杆必须与铁芯用销子紧固,避免松脱。②检查分闸线圈,找出断路器在运行过程中分闸线圈仍然不正常带电的原因或降低分闸线圈在运行中的分压。③测量分闸铁芯顶杆冲击间隙应大于25mm,间隙过小分闸时无冲击力。

通过上述检查和处理,使铁芯不管由于什么原因上移后都能顺利地复位。

(2)分闸铁芯卡涩故障。分闸铁芯卡涩往往是由于铁芯的铜套变形,或铁芯与铜套间有油垢阻塞所造成。所以检修时应检查分闸线圈内铜套有无严重磨损开裂,铜套内应无灰尘、油泥等脏物,转动和起落分闸铁芯,不应有卡涩现象。

(六) 断路器拒合现象

断路器拒合是发电厂、变电所常见的故障之一,输电线路或其他设备常因断路器拒合而延误送电,造成不应有的损失。断路器拒合与拒分类似。同样存在机械故障和电气故障,断路器拒合现象常见的电气故障及相应的处理方法如下。

1.直流电源电压过低或过高

直流母线电压过高时,对长期带电的继电器、指示灯等容易造成过热或损坏,对分、合闸线圈不仅增加电流发热,同时电磁铁铁芯磁通饱和,引起铁芯过热。电压过低时,可能造成断路器、保护的动作不可靠,甚至引起分、合闸线圈中电流增加而过热或烧毁。所以直流母线电压允许变化范围一般是±10%。

直流母线电压的高低取决于直流电源电压,对于采用蓄电池或电容储能作为直流电源的变配电所,通常由硅整流装置作为充电设备。硅整流装置又分为有整流变压器和无整流变压器两种,有整流变压器的硅整流装置的交流电源取自所用电380V交流电源,经整流得到220～240V 的直流电源。无整流变压器硅整流装置的交流电源同样取自所用电,对220V 的直流电源,又分为两种情况,一种是直接把整流器的输入端接在380V 交流电源上,输出直流平均电压为257V,比220V 高出15%,可用来补偿合闸回路的压降。另一种是直接把整流器的输入端接在220V 交流电上,输出直流电压保持在195～200V 的范围内,能够满足断路器分、合闸要求。

蓄电池组按浮充运行方式工作时,浮充整流器平时供给母线上的经常负荷,同时以不大的电流向蓄电池浮充电,以补偿蓄电池自放电消耗的电量,使蓄电池经常处于满充电状态,在浮充电运行方式下,蓄电池组主要负担短时的冲击负荷。蓄电池在进行充电和放电时端电压变化较大,依靠手动端电池调节器调节蓄电池组接入母线的个数,以维持直流母线电压恒定,避免断路器合闸回路电压过高,若调节不及时,就会出现电压过高现象。当交流系统发生事故,浮充整流器断开时,蓄电池组将转入放电状态,承担全部直流负荷。随着蓄电池单独供电时间的延长及自放电损失,蓄电池端电压随之下降,若调节不及时,就会出现电压过低现象。例如电压低到150V 左右,一般是三相硅整流器缺一相电源所致。

处理的方法是:

(1)检查控制回路电压是否低于或超过其额定工作电压范围,可以 (105%～80%)UN作为额定工作电压范围。

(2)若电源电压不在该范围内,则应调节手动端电池调节器。

(3)若电压过低,还应检查硅整流器电源熔体及所用变熔体是否熔断,检查所用电交流电压是否过低。

(4)检查蓄电池组是否有故障。应检查每只蓄电池的电压;若发现某个电池低于规定值,一定要及时将其调换下来做单独充电处理。这种已提前出现老化,容量降低,甚至全丧失容量的蓄电池,在放电过程中,尤其在合闸电流的冲击下,其电压可能很快下降到零点几伏。

对于安装在10kV变配电所的高压断路器弹簧操作机构的电源,目前多数由所内电压互感器供给,因而机构贮能电机也采用额定电压为110V 的交流串激式电动机,但电压互感器二次侧电压一般为100V,加上互感器二次回路不可避免地存在压降,这样加在贮能电机上的电压更低。操作电源电压偏低,使贮能电机工作时电磁转矩及转速均下降不少,从而影响机构弹簧的贮能效果,易造成断路器拒合故障。

为此,可作如下改进:首先是改用额定电压为220V 的交流串激式电动机作为贮能电机,然后配置一台容量为1kVA 左右的单相变压器,把电压互感器二次侧电压升高至220V 以供操作用。

2.断路器控制回路故障

(1)合闸接触器失压或欠压故障。直流电源故障,控制回路熔体熔断,合闸接触器回路各元件连接线断线,接头或元件触点接触不良,断路器辅助触点闭合不好,短接合闸接触器的两点接地,这些故障都会使合闸接触器失压或欠压,导致断路器拒合。

例如,某变电站的35kV出线,在恢复送电时,断路器几次合闸都不成功。经检查,合闸机构正常,直流电源无接地。在摇测合闸回路绝缘电阻时,发现测量结果低于正常值。经仔细查找,原来是在户外的端子箱内部受潮严重,端子排锈蚀,正电源端子处接触不良。这样,在合闸时,端子排处将有很大的电压降,使合闸电压大大降低,造成合闸接触器吸合力不足,机构动作不到位甚至不动作。针对这一情况,可将端子箱进行干燥处理,更换端子排,并在端子箱上开通风口。经处理后,合闸操作恢复正常。

(2)合闸接触器故障。合闸接触器线圈断线,接触器铁芯被卡住或弹簧反作用力过大,都会使接触器触点无法闭合,导致断路器拒合。

对合闸控制回路不通故障的检查方法如下:

首先根据故障现象判断是否属于断路故障,然后根据可能发生断路故障的部位确定断路故障范围,最后利用检测工具找出断路点。合闸控制回路较长,元件较多,如果逐个元件查找,太费时间,而且有时为了不影响其他控制回路的正常工作,必须带电进行检查,所以最好是用对地电位法分段检查断线故障点,也可采用电压法等方法。

1)电压法。电压法的基本原理是:当电路有断路点时,电路中没有电流通过,电路中各种降压元件已不再有电压降落,电源电压全部降落在断路点两端,因而可通过测量两点之间有无电压,逐步缩小确定断路故障的范围,最终找出断路故障点。常用检测仪表为通用型万用表,可选择直流大于或等于直流电源电压的档位。

2)电位法。电位法的基本原理是:断路点两端电位不等,断路点一端与电源一端电位相同,断路点另一端与电源另一端电位相同,因而可以通过测量电路中各点电位判断断路点。

常用万用表或试电笔作为检测工具。试电笔实际上是一种显示带电体对地电位为高电位的工具,因而可通过试电笔测量 (显示)电路中各点的电位来检测断路故障。在用试电笔从正极控制母线沿控制回路向负极控制母线逐段试电过程中,必然会找出试电笔的氖管由后端明亮转为前端明亮且亮度减弱的线段,该线段即为断路点所在范围,同理逐步缩小范围,直至查出断路点所在位置。

用万用表检测的方法是:把万用表调至直流电压250V 档,再将万用表负极接地,用万用表正极接设备带电部分。如果表针正指,此处即是正电位;表针反指 (小于零),此处即是负电位;表针指零,说明此处无电压,亦即此处两端都有断路点。因此检查具有灯光监视的合闸控制回路时,首先使控制开关处于分闸后位置,再选择几个重要端子,如连接控制盘、保护盘和操作机构的端子,进行关键点的电位测试,根据电位的变化,即可确定故障范围。换言之,哪两点之间电位不同,故障就一定在这两点之间,哪处两边电位不同,哪处便是断路点。

3)电阻法。如果允许控制母线断开直流电源进行检查断路点,也可采用电阻法。电阻法的基本原理是:电路出现断路故障以后,断路点两端电阻为无穷大,而其他各段电阻相对较小或近似为零,因此可以通过测量各线段电阻值查找断路点。

检测电阻值一般采用万用表欧姆档,且一般选择R×10或R×1的位置。不要选择R×1k以上的高阻档,以免发生误差。

对控制回路接触不良的检查同样可以采用电压法、电位法或者电阻法,被检查的线段或触点、端子、元件两端电压或电阻或电位发生异常变化,即为接触不良所致。

对接触器铁芯被卡或弹簧压力过大的故障处理方法如下:①检查电磁线圈通电后产生的电磁力是否不足以克服弹簧的反作用力。若属于线圈问题就应更换线圈,若属于弹簧压力过大,则应对弹簧的压力做相应的调整,必要时进行更换。②检查接触器铁芯是否被卡,若铁芯被卡,则应进行拆检、清洗、修整,必要时调换配件。

3.合闸回路故障

(1)合闸线圈失压或欠压故障。合闸电源故障、合闸回路的熔体熔断、连接线断线或接触不良。合闸接触器触点未能闭合都会使合闸线圈失压或欠压,导致断路器拒合。其处理方法参见本部分2。

例如,某厂一台SN10—35 型少油断路器,配用CD10—Ⅳ电磁操作机构。在安装使用时几次合闸都没有成功。检查机构各部位及辅助触点均未见异常,调节拐臂拉杆行程也不管用。于是怀疑合闸力矩不足,便对合闸线圈参数进行核实,测量直流电阻也都没有问题。但在拆线圈时发现引线的固定螺丝没有压紧。经分析,可能是由此引起的合闸回路接触电阻过大,导致电压降过大,线圈电流过小,合闸力矩不足。经压紧螺丝后,重新合闸,一次成功。

(2)合闸线圈断线,匝间短路或绝缘损坏。与分闸线圈一样,合闸线圈也存在这类故障。其处理方法参见本部分 (四)。

(3)合闸线圈烧毁故障。断路器合闸线圈的额定电流也是按短时通电设计的,合闸母线熔断器熔体选择过大,同时出现机械操作机构调整不当,导致合闸过程中,合闸线圈通电时间过长,是合闸线圈烧毁的主要原因。

断路器频繁操作,与分闸线圈一样,线圈中频繁的受到大电流冲击,是导致线圈过热甚至烧毁的原因之一。

为防止合闸线圈被烧毁,其注意事项如下:

1)合闸母线上熔断器熔体的额定电流必须控制在合闸线圈工作电流的1/4～1/3 的范围以内,不应过大。

2)断路器在投入使用之前,必须根据要求进行全面调整。最好先进行人工手动合闸、分闸试验,尽量避免机械故障,在这些工作完毕后,方可进行电动操作。

3)在调试中,应加强观察与监视,安排专人观察直流控制电源回路中的电流表。正常情况下,合闸时有一较大电流,合闸后应迅速减小。如果电流表的较大电流指示不能迅速减小,应立即切断电源,查明原因并处理,以免事故扩大。

4)在运行中,应尽量避免频繁操作。因分、合闸线圈的电流还与电磁铁芯磁路有关,衔铁闭合后,磁路磁阻小,励磁电流小,衔铁闭合的线圈电流接近或等于线圈额定电流,该电流也只能按短时通电设计。而短时间隔的频繁操作,无疑会使分合闸线圈来不及散热而过热,况且线圈刚加电压时,衔铁处在打开位置,空气距离大,磁路磁阻大,产生相同磁通所需线圈励磁电流大,一般衔铁启动时,励磁电流比闭合闸时要大几十倍。频繁操作让这种电流累计时间较长地通过分、合闸线圈,易使分、合闸线圈烧毁。

5)在合闸操作时,手动控制转换开关停留在合闸位置的时间不宜过长。要防止断路器辅助触点因断路器机械故障未能断开,而使合闸接触器触点未能切断合闸回路,导致合闸线圈通电过长而过热甚至烧毁。如果监视断路器状态的绿灯在常规的时间内不灭,应立即松手。

6)应检测与合闸接触器线圈串联的绿灯监视回路电阻值是否足够大。正常合闸操作,若绿灯仍不灭且导致合闸线圈烧毁,则说明除机械故障导致断路器辅助触点未能断开外,绿灯监视回路导致了合闸接触器触点未能返回。合闸接触器启动电流大,设计的绿灯监视回路不足以使合闸接触器启动,但电动合闸或重合闸装置启动合闸接触器后,维持其触点闭合的电流并不需要启动电流那样大。只要发生断路器辅助触点未能断开,绿灯监视器回路电流有可能使合闸接触器保持在吸合状态。在合闸控制转换开关触点或重合闸出口继电器触点未被粘住,则必然是绿灯监视回路电阻不够大所致。

为防止该类故障发生,设计的绿灯监视回路电流应小于合闸接触器返回电流。对于投入使用的控制电路,检修时应测试绿灯监视回路,若绿灯热态电阻或附加电阻偏小,则应更换。

例如,某单位曾多次发生少油断路器合闸线圈烧毁事故,后经分析,其主要原因是由于在重合闸时,断路器拒合,分闸指示灯 (25W)仍亮,其回路中仍有100　mA 左右的电流。这个电流使合闸接触器保持在吸合状态,导致合闸线圈通电时间过长而烧毁。为防止故障重演,该单位采用氖灯或发光二极管替换合闸指示灯,在回路中串接一个20kΩ、2W 的电阻,使回路电流大大减小,解决了断路器合闸线圈烧毁的问题。

4.断路器合闸铁芯动作失灵故障

(1)合闸铁芯未动作。除上述合闸回路故障以外,合闸铁芯严重卡塞也是造成合闸铁芯动作失灵的原因之一。

(2)合闸铁芯动作,但仍不能合闸。因安装调试不当等机械原因,导致合闸铁芯动作失灵的情况如下:

1)合闸线圈内的套筒安装不正或变形,影响合闸线圈铁芯的冲击行程,或者合闸线圈铁芯顶杆太短,定位螺丝松动等使铁芯顶杆松动变位。

2)操作机构安装不当,使机构在分闸后卡住未能复位。

上述故障的处理方法如下:

1)对铁芯动作行程不够故障,应重新安装,手动操作试验,观察其铁芯的冲击行程并进行调整。

2)对铁芯顶杆松动变位故障,可调整滚轴与支持架间的间隙为1～1.5mm,调整时将顶杆往下压,然后在顶杆上打冲眼、钻孔,并用两个定位螺钉固定。

3)对操作机构卡住未能复位故障,应检查各轴及连板有无卡阻现象,如双连板的机构与其轴孔是否一致,轴销有无变形,连板轴孔是否被开口销卡塞的现象等,根据检查结果做相应的处理。

(七) 断路器误跳现象

运行中的断路器在线路或设备未发生短路故障时而突然跳闸,称为误跳闸。究其原因,可谓有简有繁,运行人员有时可能很容易查找故障原因,有时却难以查出误跳原因,重新合闸后又一切正常。但现场运行人员查不出原因的误跳却时有发生。有可能造成断路器误跳的原因及相应的处理方法如下。

1.操作人员误碰或错误操作断路器操作机构

因操作人员失误引起断路器跳闸时,原因明确,只需重新合闸即可。

2.断路器跳闸机构故障

(1)断路器跳闸挂扣滑脱。断路器误跳故障多是由于跳闸机构的挂扣不牢而又受外力振动脱扣所致,所以故障检修时应把该故障作为首选目标。

(2)断路器跳闸线圈最低动作电压整定过低。为防止断路器拒分,要求不可随意提高跳闸线圈最低动作电压。但若因最低动作电压整定过低,易造成断路器误跳,则可适当提高整定值,但仍尽量保持跳闸线圈最低动作电压在额定电压的30%～65%的范围内,通过试验调整,完全可以解决拒分与误跳的矛盾。

(3)操作机构跳闸机械部分存在累积效应。

为了说明断路器操作机构跳闸机械部分产生累积效应的原因,下面通过实例加以分析。

例如,某供电区枢纽变电站一主变压器主进开关为LW14—110型SF6断路器,所配操作机构为CQ6—Ⅱ型,于1995 年11 月安装投运。在1998年1月5日和11月23日及1999年2月26日,先后发生三次不正常跳闸,但保护均未动作,运行人员检查结果是:保护无任何信号,一次设备无任何异常;保护人员检查的结果是:各项保护传动结果均正常;运行人员处理结果是:三次手动合闸均成功。

该单位再次组织有关专家对该断路器及保护回路进行了详细检查和试验,发现加在该断路器跳闸线圈上的电压达48V 左右,可使其跳闸铁芯动作,但开关尚不跳闸,且连续冲击数次 (约5～6 次)后,会使掣子和连板脱扣,从而使得开关跳闸。说明跳闸机械部分有累积效应,而此时断路器的最低动作电压为63V。然后调整断路器的最低动作电压为120V,再次试验,加在其跳闸线圈上的电压达54V 左右,其跳闸铁芯才动作。但连续冲击数次后,检查掣子和连板挂扣基本没有变位,于是将该断路器的最低动作电压由原来的63V 调整为120V(仍未超过65%额定电压),投入运行后一直正常。

综合分析后,得出该断路器误跳的原因如下:

(1)根本原因是跳闸线圈在较低电压作用下,跳闸铁芯就动作。经数次冲击后跳闸机械部分有累积效应,最终使其跳闸。

(2)直接原因是正常运行情况下机构跳闸线圈上已作用有一定的电压 (可达30V 甚至更高),同时二次回路绝缘不良、回路有迂回以及其他原因可能导致加在跳闸线圈上的电压达到其铁芯吸合电压并使其动作。

(3)复位弹簧强度不够,起不到复位作用。为了进一步验证该类型断路器跳闸机械部分存在累积效应,该单位于1999年10月又对另一同类型断路器停电做低电压动作检查性试验。其结果如表6-5所示。

表6-5　低电压动作试验

经过反复试验,证明该型断路器机构跳闸机械部分确实存在累积效应,且最低动作电压整定的越低,使铁芯开始吸合的电压也越低,累积效应越明显;最低动作电压越高,使铁芯开始吸合的电压也越高,此时在较低电压作用下基本上没有累积效应,只有在较高电压作用下累积效应才明显。

通过上述实例可以看出,若将断路器最低动作电压整定的较低,容易产生明显的累积效应,然而要造成断路器误跳,还必须存在某种因素,导致在正常运行情况下多次加在跳闸线圈上的电压达到其铁芯吸合电压并使其动作,且复位弹簧起不到消除累积效应的作用,才能形成累积效应,最终导致误跳。

处理该类故障方法如下:①适当提高断路器最低动作电压,但不宜超过65%额定电压,即可提高铁芯刚开始吸合电压,避免误跳,又可防止断路器拒跳。②加强运行维护,定期检查跳闸机械部分,特别是掣子和连板间的挂扣情况,发现问题及时解决。③重视二次回路绝缘状况,发现问题及时处理。

3.直流控制回路短路故障

(1)直流两点接地。如图5-2所示。当A、B两点发生直流接地时,将电流继电器KA1、KA2触点短接,启动中间继电器KM,其触点闭合而造成误跳闸;当接地发生在A、C两点,A、D 两点,F、D 两点等,同样都能造成断路器误跳闸。

此类故障处理方法详见上述 (四)。

(2)红灯短路故障。当监视断路器运行状态的红灯灯丝在其底座上短路时,易引起断路器误跳。同理,绿灯短路时,易引起断路器误合。正确选择监视灯及其附加电阻,就可避免断路器因监视灯短路而误动作,即合理分配监视灯、附加电阻、跳闸线圈或合闸接触器线圈上的电压及控制其长期流过的电流。

为此应根据下列要求选择:

1)应保证灯泡上的电压产生的光亮能让人的肉眼清楚地看到,即不应低于60%额定电压。

2)长期流过控制回路中的跳闸线圈或合闸接触器的电流,应不至于引起其过热,即不应超过15%的额定电流。

3)当监视灯的灯丝在其底座上短路时,跳闸线圈或合闸接触器上的电压应不足以使断路器动作,其裕度不小于1.3。

对附加电阻,一般均采用管形绕线电阻,为降低电阻的发热程度,其额定电流应按比长期计算电流约大2倍的条件进行选择。

4.继电保护装置误动

(1)保护装置整定不当。在继电保护整定计算中,因设计人员考虑不周,所确定的动作值不适,或在继电保护装置调试过程中,继电保护人员整定继电器动作值不准,在某种不正常工作状态下,易引起保护误动作。

(2)保护装置误动的部分内、外原因。因继电保护装置本身质量问题,使继电器实际动作值发生变化;或因误碰、振动、环境温度变化使继电器误启动;或因保护装置工作环境差,如空气中含有灰尘、腐蚀性气体等,即可能致使某个继电器触点接触不良,引起保护拒动,也可能致使某个继电器触点接触不良,导致跳闸闭锁装置失灵,引起保护误动作。

对晶体管保护装置,直流电源电压波动或脉冲干扰也会引起晶体管误动作。

(3)互感器回路故障。电压互感器回路断线易引起距离保护误动,电流互感器回路断线易引起差动保护误动。对这类故障往往只需加设断线闭锁装置或其他元件等措施加以解决,或者从整定值上加以考虑就可避免保护误动。

当保护装置安装完毕,其动作值整定后,因互感器回路其他元件的原因,还会造成保护误动。以差动保护为例,设计时是按电流互感器的误差不超过10%来考虑整定值的,而实际运行中电流互感器的误差因故却超过了10%,易导致差动保护误动,而运行人员却难以查出误动原因。详见变压器差动保护误动原因。

(4)保护出口继电器线圈正电源侧接地故障。当保护出口继电器线圈正电源侧发生接地故障时,保护直流回路过大的电容放电易引起出口继电器误动作。

为防止这种电容电流短接保护触点而误启动跳闸出口继电器,跳闸出口继电器的启动电压不宜低于直流额定电压的50%,但也不应过高,以保证直流电源降低时的可靠动作和正常情况下的快速动作。对于动作功率较大的中间继电器 (例如5W 以上),如为快速动作的需要,则允许动作电压略低于额定电压的50%,此时必须保证继电器线圈的接线端子有足够的绝缘强度。如果适当提高了启动电压还需要能满足防止误动作的要求,可以考虑在线圈回路上并联适当电阻。由变压器、电抗器瓦斯保护启动的中间继电器,由于连线长,电缆电容大,为避免电源正极接地误动作,应采用较大启动功率的中间继电器,但不要求快速动作。

(5)寄生回路。在控制、保护、信号回路的设计、安装过程中,如果不严格按《反事故技术措施要点》执行,往往易产生寄生回路留下隐患。当某元件动作或故障后,就会产生寄生回路,而引起误发信号或误跳闸。

例如,在图6-11 中,当3、4 点之间连线断线时,就会产生寄生回路,即为+→1→KM→3→R→2→KOM→4→5→-回路,引起跳闸出口继电器KOM 误动作,该图接线错误在于不应将直流电源监视继电器KM 线圈与出口继电器KOM 的线圈共用一个接线端子,解决的措施是将KM 与KOM线圈分别接到负电源母线上。

图6-11　易产生寄生回路的接线图例

(八) 断路器操动机构常见故障现象

断路器CY3型液压操动机构、CD10型电磁操动机构、CT6型弹簧操动机构的常见故障现象及其产生的可能原因分别如表6-6、表6-7、和表6-8所示。

表6-6　CY3液压操动机构常见故障及可能原因

续表

表6-7　CD10电磁操动机构常见故障及可能原因

续表

表6-8　CT6弹簧操动机构常见故障及可能原因

续表