两起220 kV断路器无法合闸事故分析及整改措施

2023-09-15高若兰

东北电力技术 2023年9期

高若兰

(国网龙岩供电公司,福建龙岩 364099)

0 引言

在变电站检修工作中,经常遇到断路器拒分、拒合的情况,使断路器分闸、合闸操作无法进行,特别是当线路故障继电保护动作时,断路器跳闸失败,将增大电网停电面积,严重危害电网运行安全。本文针对两起BLG1002A型的断路器无法合闸的事故,分析原因并提出防范措施。

1 事故过程

某220 kV变电站进行保护改造工作。在传动过程中发现:①1号主变压器220 kV侧22A断路器无法合闸,现场检查22A断路器分闸且已储能,闭锁杆下落与闭锁盘形成机械闭锁;②220 kVⅠ/Ⅲ段母分220断路器存在分闸-合闸无延时操作(操作间隔小于300 ms),不能合闸,现场检查故障状态与22A断路器一致。综合判断两起事故原因均为断路器机构主轴打扭造成。

2 现场检查及处理

2台断路器均为同批次同型号产品,生产厂家为北京ABB高压开关设备有限公司,型号为HPL245B1,机构型号为BLG1002A,出厂日期为2005年10月。

该断路器特点:机构箱内有1组合闸弹簧,在每相断路器下方单独设置1个分闸弹簧(共3个分闸弹簧),当断路器在储能后完成合闸操作时,合闸弹簧释能,合上断路器,一部分能量用于3个分闸弹簧储能［1-3］。

断路器特性试验数据要求:合闸速度为5.1～5.8 m/s,合闸时间不大于65 ms,分闸速度为7.0～8.2 m/s,分闸时间为18～22 ms,合闸、分闸时间不大于50 ms。

2.1 1号主变压器220 kV侧22A断路器

现场检查断路器分闸且已储能,闭锁杆与闭锁盘现场位置如图1所示,闭锁盘与闭锁杆之间呈一定角度位移,断路器机构不能执行合闸操作。正常情况下断路器分闸且已储能时,闭锁杆应抬起一定角度,与闭锁盘不构成机械闭锁,断路器机构能执行合闸操作,如图2所示。

图1 闭锁盘与闭锁杆现场位置

图2 断路器正常状态

断路器机构正常闭锁状态如图3所示,机构打扭主轴如图4所示。更换新主轴后,断路器分闸且未储能时进行机械特性测试,断开断路器储能电源,使用机械特性仪进行合闸操作,发现22A断路器机构主轴旋转不足1圈,如图5所示,特性仪数据如图6所示,断路器触头已接触,经缓慢释放弹簧能量到一定程度时,断路器出现自动分闸动作。分析可知:①合闸操作时,触头虽有接触,但合闸不到位;②合闸操作后,分闸拐臂未与分闸挚子上扣,导致出现自动分闸动作。

图3 断路器机构正常闭锁状态

图4 断路器机构打扭主轴

图5 闭锁盘不到位

图6 断路器事故特性曲线

由图6可知,22A断路器合闸速度为4.6 m/s,低于合闸速度要求,说明合闸弹簧疲劳,导致所储能量不能满足断路器正常合闸需要。

对合闸弹簧进行调整:弹簧固定端下移25 mm,根据弹簧弹力曲线,每压紧5 mm,速度提升0.1 m/s;然后进行机械特性试验,断路器能正常进行合闸、分闸操作,特性曲线如图7所示;同时测量合闸速度为5.3 m/s,分闸速度为7.4 m/s,合闸、分闸的时间满足运行设备要求。

图7 断路器正常特性曲线

2.2 220 kVⅠ/Ⅲ段母分220断路器

在事故处理中发现220断路器传动接线同时接在分闸、合闸绕组上,试验时分闸、合闸绕组同时带电,导致220断路器发生“一分即合”的故障。

更换220断路器主轴并做机械特性试验,断路器能合闸到位,但合闸速度仅为4.8 m/s,不符合要求;分闸速度为7.4 m/s,符合要求。紧固合闸弹簧(固定端下移35 mm),合闸速度为5.3 m/s,符合要求。

3 事故原因分析

BLG1002A机构机械闭锁条件如下［4］。

a.在断路器合闸的情况下,闭锁杆与闭锁盘形成机械闭锁,确保机构无法再次完成合闸操作。

b.在断路器分闸且弹簧未储能的情况下,闭锁杆与闭锁盘形成机械闭锁,即在弹簧未完全储能的情况下,机构无法完成合闸操作。

c.当主轴打扭时,因机构配合度变化,尽管断路器处于分闸且已储能的状态,闭锁杆与闭锁盘仍形成机械闭锁,机构无法完成合闸操作。

3.1 1号主变压器220 kV侧22A断路器

通过检查和测试,分析合闸弹簧能量不足是造成22A断路器扭轴的根本原因。在机构得到合闸命令后,合闸弹簧完全释放,并带动主轴上的凸轮转动,凸轮推动分闸拐臂向合闸方向运动;由于合闸能量不足,导致断路器合闸不到位(该故障在第1次测试时复现),凸轮与分闸拐臂并没有脱开,此时储能电动机已正常启动,为合闸弹簧储能(该能量是导致扭轴的能量来源),当合闸弹簧储能能量大于分闸弹簧的反作用力时,电动机带动机构内部凸轮转动继续合闸操作(慢合过程);在过凸轮顶点后,由于此时合闸拐臂呈自由状态(正常为合闸拐臂扣压在合闸挚子上以保持合闸弹簧能量),合闸弹簧能量急速释放,导致合闸拐臂以高速猛烈撞击合闸挚子,主轴在高速情况下发生骤停,安装在主轴上的凸轮在巨大的惯性作用下使对应的主轴花键部分扭曲［5］。

3.2 220 kVⅠ/Ⅲ段母分220断路器

通过检查、测试以及现场操作方式调查,分析接线错误使分闸、合闸绕组在操作时同时带电是造成220断路器扭轴的主要原因。当220断路器处于合闸已储能状态时,无延时进行分闸、合闸动作,导致分闸弹簧带动拐臂运动,合闸弹簧带动凸轮运动,最终造成凸轮与拐臂对顶,重复断路器慢合,致使主轴打扭［6］。

4 整改措施

由于该断路器为三相共体机构,在断路器进行分闸、合闸动作时需要很大合闸功,运行较长年限后机构易出现合闸弹簧疲劳现象。目前未配备厂家专用断路器机械特性仪导致试验数据与厂家规定值有较大偏差,无法准确判断机构弹簧是否已经出现疲劳现象,当弹簧进一步疲劳,在极端情况下会导致断路器无法合闸到位,灭弧室爆炸的事故。事故断路器整改措施如下［7-10］。

a.对运行12年以上BLG1002A机构进行维护,开展机械行程测试,保存行程曲线图并对断路器分闸、合闸速度进行分析,及时调整弹簧压缩量确保断路器动作正确;对连续运行20年以上且合闸弹簧已不能压缩的断路器及时更换合闸弹簧。

b.按铭牌要求操作断路器,分闸与合闸操作间隔0.3 s,一次合闸、分闸操作与下一次合闸、分闸操作间隔3 min。

c.对断路器进行传动试验前,先断开储能电源,在确保绝缘合格与回路正确的情况下进行遥控合闸操作,确认断路器合闸到位后,方可继续开展其他工作;若出现合闸未到位的情况,立即停止工作,在专业人员操作下释放弹簧能量,由具有断路器专业技能水平且技术能力强的现场工作人员对断路器进行修复工作,以防止在停送电过程中造成断路器损坏。