一起500 kV断路器拒动故障原因分析与改进方法
2019-07-27段俊杰菅有为史伟波
段俊杰，菅有为，刘 况，史伟波
（国网山东省电力公司检修公司，山东 济南 250118）
0 引言
断路器是电力系统中的重要设备。断路器拒动是电力行业中经常出现的严重故障之一，是整个电力行业面临的一个难题，特别是500 kV断路器拒动。一旦断路器单相分闸拒动，经过一段延时后三相不一致动作，如故障相断路器依然无法动作就会导致故障范围扩大，对电网的安全稳定运行造成严重威胁。
针对某换流站发生一起小组交流滤波器断路器拒动故障，母线失灵保护动作，导致大组滤波器跳闸事件，通过对弹簧机构进行分析，总结断路器拒动原因，并提出应对方案和改进措施，为今后断路器弹簧机构的维护和分析类似的事故原因提供借鉴［1-4］。
1 故障情况
故障相关设备一次系统如图1所示，该直流线路功率由4 000 MW降至3475 MW过程中，5621并联电容器由无功控制自动切除，B相未正确分闸，A，C相分闸成功，2.6 s后，三相不一致保护动作，仍未跳开B相断路器，7 s后，5621并联电容器保护1，2零序过流保护Ⅱ段动作，启动62号母线保护1，2失灵保护，62号母线保护动作跳闸，跳开进线图1中所示 5051，5052 断路器及 5622，5623，5624，5625 小组滤波器断路器。事故发生2 h 57 min后，恢复62号母线运行，5622，5623，5624，5625 小组滤波器恢复热备用，5621并联电容器转检修进行检查处理。
图1 故障相关设备一次系统
2 故障诊断
2.1 保护装置检查
现场5621并联电容器保护采用SDR-101A／R1保护装置，零序过流保护分两段，Ⅰ段延时10 s告警（定值 0.121 A），Ⅱ段延时 7 s跳闸（定值 0.323 A）。事故发生后现场检查该保护1，2装置 “跳闸”红灯亮，5621操作箱 “A相跳闸”“B相跳闸”“C相跳闸”红灯亮，5621并联电容器双套保护动作，动作报文为“零序过流Ⅱ段动作”，动作时刻，接地侧零序电流0.414 A（TA 变比 500∶1，折算一次电流 207 A，为 B 相运行额定电流值），大于零序Ⅱ段动作定值0.323 A，因此判断2套电容器保护正确动作。
交流滤波器小组断路器三相不一致保护采用断路器本体三相不一致保护，时间整定为2.5 s。当出现断路器三相分合位状态不一致时，延时2.5 s发跳闸命令跳本断路器，经检查故障录波。
现场62号母线保护采用SDZ-101A／R1保护装置，失灵保护判断失灵启动开入同时，判断故障支路电流，延时0 ms跟跳故障断路器，延时250 ms跳所连母线的所有断路器。事故发生后现场检查该保护1，2装置“跳闸”红灯亮，装置报文“小组一失灵跟跳”“小组一失灵保护动作”，动作相别为B相，动作电流0.206 A，大于小组一失灵电流定值0.101 A，因此判断2套母线保护正确动作。
经过分析故障录波图，整理保护动作时序如图2所示。
图2 保护动作时序
2.2 二次回路检查
二次分闸回路如图3所示。现场检查5621断路器控制电源正常，三相不一致分闸命令仍然存在，断电后测量分闸线圈（图3中-Y3LB／ZM4）与限压电阻（图3中-R47LB／ZM6）并联阻值均为 1 kΩ，对比测量A，C相阻值为52 Ω左右，正常值为56 Ω左右，判断分闸线圈已损坏。
图3 分闸回路
2.3 操作机构检查
故障断路器型号为3AP2 FI-550 kV（三相双断口弹簧机构单柱式500 kV断路器），于2018年11月投入运行，至今投切74次。现场检查5621断路器A，C相在分闸状态，B相在合闸状态，检查5621断路器三相SF6压力、弹簧储能均正常，控制电源、储能电源开关在合位，检查电容器、电抗器、避雷器、管母等电气设备外观，均未发现明显放电痕迹或其他异常现象。检测5621断路器气体组分无异常。
图4 分闸棘爪释放工作原理
分闸棘爪释放工作原理如图4所示［5］。将分闸脱扣器拆除后，通过机械力无法推动分闸脱扣器杠杆（图4中18.9.2），处于卡死状态；将分闸脱扣器杠杆松动下移后，机械力能够推动分闸脱扣器杠杆，断路器能够正常分闸。拆除分闸脱扣器杠杆后，发现分闸脱扣器棘爪杠杆 （图4中18.9.1）转轴一端脱出，两者表面均存在不同程度的机械损伤，如图5、图6所示。
图5 磨损的杠杆上齿
图6 脱落并被磨损的棘爪杠杆转轴
3 故障分析及处理
3.1 故障分析
经分析，5621断路器B相未分闸直接原因为机构箱内分闸脱扣器棘爪杠杆与杠杆卡死，无法正常脱扣分闸。卡死原因为分闸脱扣器棘爪杠杆转轴厂内装配不到位，现场多次分闸后，转轴不断偏移、脱出。由此可以理清这次故障的整个发展过程如下：无功控制自动切除5621并联电容器时，由于机构箱内分闸脱扣器棘爪杠杆与杠杆卡死，导致B相无法分闸；2.5 s延时后三相不一致保护动作，B相无法分闸，分闸线圈持续得电过热损坏；7 s延时后5621电容器零序电流保护Ⅱ段动作，B相仍然无法分闸；失灵保护判断失灵启动开入，瞬时命令5621开关跳闸，B相仍然无法分闸，在经过250 ms延时后命令所连第2组滤波器场62号母线相连所有断路器跳闸。
3.2 故障处理
对5621断路器故障相机构箱进行更换处理。更换后进行机械特性试验、回路电阻试验和开关传动，结果均正常，故障消除。
为防止类似故障再次发生，需对同型号操作机构进行检查。经过对该型机构分析研究，决定使用内窥镜在不拆除任何机构部件的情况下进行检查。
图7 安装紧固的棘爪杠杆转轴
如图7所示，使用内窥镜可以清楚地看出棘爪杠杆转轴安装牢固，检查结果合格，可以排除松动脱出的可能。
4 结语
断路器弹簧机构是断路器的核心部件，通过阐述一起3AP2 FI-550 kV型断路器弹簧机构故障检修全过程，为同类型机构的检修工作提供经验，也为其他型号弹簧机构检修提供借鉴。
