220kV GIS断路器拒分故障分析与解决

220kV GIS断路器拒分故障分析与解决

张熊

中电建湖北电力建设有限公司，湖北省武汉市， 430000

摘要：在电力工程领域，用电安全问题一直受到社会的广泛关注。GIS断路器的应用和推广，有效降低了我国人民的用电风险。但一旦GIS断路器发生故障，就会造成一系列危害。本文就将对GIS断路器的拒分故障进行探析，并探索解决的措施。

关键词：断路器；据分故障；故障分析

引言：断路器拒分故障作为当前电力系统运行中较常出现的问题，影响着我国广大人民的用电质量。尽管当前电力行业的技术水平有所提升，但对于这一问题仍未有从根本上解决问题的措施。为此，本文将根据具体的案例对拒分故障的成因进行探析，并提出一定的解决措施。

1断路器的主要功能

GIS高压断路器在当前电网系统中广泛应用,这一技术使得用电环境更为安全，同时也提升了用电交通。通常情况下GIS高压断路器都是在一个负荷较大环境中得以应用，其所具备的欠电压保护功能在业界得到了认可。同时，如果GIS高压断路器的广泛应用，一旦出现故障，则会所产生的严重的后果。

而作为断路器变电站的重要组成部分，这一装置的主要功能有以下两点：

1. 接通或断开高压电路的空载和负荷电流，提高变电站整体的运行秩序性；

（2）系统处于异常运行状态时，可协调好保护装置和自动装置的工作关系，断路器能路器及时分闸，于短时间内切断故障电流，将不良影响降到最小^[1]。

由此表明,断路器的正常使用对于变电站的稳定运行而言具有积极作用，而对于断路器拒分这一普遍性问题,需明确故障的具体成因,釆取可行的解决办法，使其可快速完成故障隔离操作，在短时间内使电力系统恢复正常运行状态。

2实例概述

本文将以某220kV变电站运行期间的故障为例进行GIS断路器据分故障的分析与探讨。某220kV变电站运行期间,主变送电器发生励磁涌流现象，开关跳闸，220#1开关A相开关拒动。鉴于此问题，技术人员组织现场检查，可知，A相处于合闸位置，而B、C两相则位于分闸位置。

经现场初步检查后可知，220#1开关A相机构的故障在于，两个分闸线圈的烧损，这使得断路器发生了拒分，进而造成本次事故。在明确故障并釆取隔离措施后，检修人员釆取手动分闸操作，期间分闸铁芯可正常使用，未见卡顿等异常状况，断路器机构的机械手动分合效果良好，分闸电磁铁的间隙等相关参数均达标，因此可排除铁芯卡涩和机构卡顿两方面的成因。进一步对控制电源的电压展开分析，经后台模拟后发现，分闸线圈两端电压可维持稳定，因此也并非断路器拒分的原因。

此外，A相主分、副分线圈二次线抽头极性相反,根据此特点，推测断路器拒分现象的出现与前期机构大修工作中误将副分线圈二次线抽头极性接反有关。从该思路切入，检修人员更换分闸线圈，同时根据规范调整好分闸线圈二次线抽头极性，经试验后发现，故障解除，断路器可稳定运行，设备送电状态良好^[2]。

3断路器拒分故障的常见成因分析

根据规定，220kV断路器各自均要拥有两套完整且具备独立运行特性的保护回路，以确保在断路器发生故障后依然能够顺利完成分闸动作。检修班组围绕断路器展开检修工作。首先，对两个分闸回路分别进行加压试验，在保护定检工作的前提下，还全面的对两套分闸回路的独立工作状况进行针对性的检修，保证两套保护回路能够稳定运行。但此类试验方式存在局限之处，即难以发现因分闸线圈二次线抽头接反而引发的断路器拒分故障。从实际运行状况来看，若开关出现故障,两套保护将同时发出跳闸命令,此时，分闸线圈将同步触发动作,如果存在二次线抽头接反这一问题，则必然会对两个线圈的运行状态带来影响,各自的磁力相互抵消，断路器难以在故障发生后顺利跳闸，与此同时分闸线圈因长时间带电而发生不同程度的烧损^[3]。具体的分闸线圈动作原理如图1所示。

图1统一铁芯垂直分布的分闸线圈动作原理

图1中，A和a、X和x均表示同极性端，其中，A、X表示主分线圈的极性,副分线圈为a、x。

根据图1(a)内容展开分析，跳闸脉冲从同极性端A和a流向X和x的过程中，分闸线圈将形成磁场力Fl、F2,两者呈同向且大小相近的特点，并同时作用于相同铁芯,于该处发生叠加作用，呈2倍磁场力，迫使断路器分闸。根据图1(b)内容展开分析,跳闸脉冲从非极性端A和x流向X和a时，F1、F2具有大小相近但两者呈反向的特点，此时铁芯的磁场力几乎完全抵消，铁芯未发生动作,断路器拒分现象随之显现^[4]。

3.2两个分闸线圈同时带电

220kV断路器的设置应遵循双重化原则，即独立保护和独立分闸线圈的数量均要达到2套，弱国出现故障，主I、II保护可同步开启，随即发出跳闸指令。

4基于断路器拒分故障的解决措施

（1）调整分闸线圈的设置方式，即水平布置于两个铁芯，各自均作用于断路器机构分闸,从而有效避免因分闸线圈极性接反而引发的拒分问题。在既有电网系统内部增设断路器时,则必须严格控制好分闸线圈的位置，使其水平布置于铁芯上,未达到要求后不可投入使用。对于现存断路器为垂直分布的情况，在条件允许时需要将其调整为水平布置的方式,此时除了保证断路器设置方式的合理性外，还需调整好周边配套设备，使各设备协调运行，以免因某环节的工作未落实到位而引发拒分故障。

（2）受内部构造的影响，在部分断路器的改造中无法将分闸线圈转变为水平布置的方式。对于此问题，可利用两种不同的颜色有效标识二次线抽头极性,以便检修人员能够准确掌握作业情况，将各自安装至指定的位置，避免在后续运行期间发生断路器拒分故障。例如，对于分闸线圈跳闸命令的接收端，可以以红色线套进行标识，而负电端则可以用黑色线套标识，两者色差较大,可达到醒目的效果^[5]。

（3）若部分线圈无法变更为水平布置的方式，除上述的标识方法外,还可调整两套独立保护动作的启动时间差。若存在故障,则随即启动主I保护,并及时发出跳闸命令，以便断路器可顺利完成跳闸动作；以故障发生时间为基准，将主II保护的该动作发生时间向后延迟20ms(根据规律，约98%的断路器分闸时间普遍达到20ms-30ms,因此取20ms),使断路器跳闸。在采取该改进措施后，即便分闸线圈二次线极性接反,断路器也依然可以有序运行，从而避免拒分问题。主I保护功能无异常状况并且主分回路完整时，在出现故障后将使主I保护随即作出响应，发出跳闸命令,使断路器分闸。若主I保护无法正常运行,此时得益于主II保护的延时特性(即发出跳闸命令的时间在故障后的20ms左右)，也能够发出跳闸命令,经副分线圈后使断路器跳闸。当然，此改进机制虽然可行，但其涉及到的要点较多,总体来看复杂度较高，因此后续依然需作进一步的验证与调整，降低其冗余程度。

结论：综上所述，随着我国对用电环境的重视程度不断提高，对于GIS断路器的故障也越发的重视。一旦GIS断路器发生拒分故障，一方面，可能会使电力系统运行受到影响，另一方面，则可能会引发一系列严重的安全事故，严重危害了我国人民群众的生命和财产安全。为此，必须要探索有效的解决措施确保断路器能给够稳定运行。

参考文献：

[1]杨斌.220kV GIS断路器拒分故障分析与解决办法[J].电子测试,2020(23):117-118.

[2]卢雨翔,熊一凡,王师奇.一起220 kV GIS断路器拒分故障的分析与处理[J].江西电力,2020,44(08):11-13+31.

[3]蓝扬政.GIS高压断路器常见故障原因的分析与处理[J].科技资讯,2020,18(01):33-34.

[4]许小飞,傅松.GIS高压断路器常见故障原因的分析与处理[J].南方农机,2018,49(21):230.

[5]唐瑞,崔连波,宋辉军.GIS高压断路器常见故障原因的分析与处理[J].科学技术创新,2017(20):70-71.