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500kV隔離開(kāi)關(guān)控制接觸器頻繁故障的原因分析及反事故措施

文檔作者：鄧光武宋述波王超林慶標(biāo) 莫文斌文檔來(lái)源：中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月11日
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第33卷第2期霉曼墨昌E|囝皇壟堡堡墊!!竺!旦
500 kV隔離開(kāi)關(guān)控制接觸器頻繁故障的
原因分析及反事故措施
鄧光武，宋述波，王超，林慶標(biāo)，莫文斌
(中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣州市，510405)
摘要：通過(guò)分析500 kV隔離開(kāi)關(guān)控制接觸器在操作過(guò)程中的電壓、電流波形，認(rèn)為在接觸器線圈勵(lì)磁返回瞬間，線圈
回路出現(xiàn)的暫態(tài)沖擊是造成其頻繁故障的原因，提出了在接觸器線圈兩端加裝消弧回路的反事故措施。通過(guò)對(duì)2種消
弧回路的效果對(duì)比，最終選擇加裝二極管串聯(lián)電阻的消弧回路。
關(guān)鍵詞：隔離開(kāi)關(guān)；控制接觸器；暫態(tài)沖擊；消弧回路
Cause Analysis of Frequent Breakdown and Anti．a(chǎn)ccident Measures for
Control Contactor in 500 kv Disconnecter
DENG Guangwu，SONG Shubo，WANG Chao，LIN Qingbiao，MO Wenbin
(Guangzhou Bureau of CSG EHV Power Transmission Company，Guangzhou 510405，China)
ABSTRACT：Frequent breakdown occurs for control eontactor in 500 kV disconnecter，due tO the transient arc surge
appearing in the coil circuit at the moment of excitation return，by analyzing the voltage and current waveforms during the
operation of control contactor．Therefore，the anti-accident measures are proposed by applying the arc suppression circuit to
the control contactor coil．By comparing the effect of tWO kinds of arc suppression circuit，an arc suppression circuit with the
diode and series resistance is selected．
KEYWORDS：disconnector；control contactor；transient arc surge；arc suppression circuit
中圈分類號(hào)：TM 564 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1000-7229(2012)02-0088—04
doi：10．3∞9／j．is硒．1000-7229．2012．02．022
O 引言
完善的二次控制回路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓隔離開(kāi)關(guān)
在遠(yuǎn)方或就地、帶聯(lián)鎖或不帶聯(lián)鎖、單相或三相等方
式下靈活操作，是自動(dòng)化變電站的重要組成部分?。
實(shí)際運(yùn)行中二次控制回路并不十分可靠，文獻(xiàn)[2-5]
就控制回路出現(xiàn)的常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析，并提
出了改進(jìn)措施，但隔離開(kāi)關(guān)控制回路因受現(xiàn)場(chǎng)電磁干
擾的影響而頻繁故障的案例未見(jiàn)提及和分析。本文
就穗東換流站500 kV隔離開(kāi)關(guān)二次控制回路接觸器
頻繁故障的原因進(jìn)行查找分析，同時(shí)提出針對(duì)性的改
進(jìn)措施。
1 接觸器故障概況
穗東換流站500 kV隔離開(kāi)關(guān)及接地刀閘采用相
同的二次控制回路，其單相控制原理如圖1所示。圖
中SAl為遠(yuǎn)方／就地切換把手；SBl、SB2為手動(dòng)按
圜Electric Power c0刪f鯽V01．33，No．2。Feb．，2012
鈕；KMl、KM2為控制接觸器；SPl、SP2為刀閘限位開(kāi)
關(guān)；KT為熱繼電器；SP5、SP6為手動(dòng)閉鎖接點(diǎn)；QFl
為交流真空開(kāi)關(guān)。該二次控制回路實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)方、就地
帶連鎖、就地解聯(lián)鎖的電動(dòng)操作，具備手動(dòng)／電動(dòng)聯(lián)
鎖、自保持、自動(dòng)停止、電機(jī)過(guò)流保護(hù)等功能，能滿足
現(xiàn)場(chǎng)控制要求。
穗東換流站500 kV隔離開(kāi)關(guān)和接地刀閘2009
年5月投運(yùn)。在隨后運(yùn)行操作中，先后出現(xiàn)近百次由
于控制接觸器(圖l中KMl或KM2)故障引起的隔
離開(kāi)關(guān)(接地刀閘)遠(yuǎn)方及就地均無(wú)法電動(dòng)操作的設(shè)
備故障。檢查發(fā)現(xiàn)：操作命令發(fā)出后，控制接觸器線
圈兩端有直流電壓，但線圈不勵(lì)磁；測(cè)量線圈的直流
電阻均較大(大于30 MI))，部分還出現(xiàn)線圈絕緣降
低現(xiàn)象，檢查線圈內(nèi)部漆包線發(fā)現(xiàn)有斷裂現(xiàn)象，斷裂
點(diǎn)兩端有灼熱痕跡。KMl、KM2為國(guó)產(chǎn)3TB4117型
接觸器，且經(jīng)過(guò)其他工程運(yùn)行檢驗(yàn)，未出現(xiàn)大面積損
壞的問(wèn)題。初步懷疑該批次接觸器存在質(zhì)量問(wèn)題，同
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
SB3
Ll
L2
L3
KM2
QFl
圖1 隔離開(kāi)關(guān)單相控制原理
時(shí)安裝調(diào)試期間正處于廣東地區(qū)的雷雨季節(jié)，部分線
圈受潮可能引起性能下降。
2010年2月采用國(guó)外LS公司GMD一12型接觸
器對(duì)穗東站所有隔離開(kāi)關(guān)及接地刀閘控制回路中原
有接觸器進(jìn)行了更換，分合試驗(yàn)無(wú)異常。同時(shí)對(duì)控制
箱的密封性和加熱除濕回路進(jìn)行了檢查，確保接觸器
線圈不再受潮。但在隨后的運(yùn)行中大批出現(xiàn)隔離開(kāi)
關(guān)(接地刀閘)均無(wú)法電動(dòng)分合的現(xiàn)象，經(jīng)檢查也均
為接觸器線圈開(kāi)路。
2接觸器故障原因分析
為查找接觸器故障的原因，生產(chǎn)廠家在試驗(yàn)室中
外加直流電源對(duì)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行了3 000次電動(dòng)分合
閘試驗(yàn)，以檢測(cè)控制接觸器的質(zhì)量，試驗(yàn)中未出現(xiàn)任
何異常。試驗(yàn)室中試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)的主要區(qū)別在于控制
回路未外接大量的控制電纜芯線。由此可見(jiàn)，控制接
觸器出現(xiàn)大批量損壞主要原因并不在于其自身質(zhì)量，
可能與現(xiàn)場(chǎng)使用工況有關(guān)，故障原因可能為受到外界
干擾源的影響所致。
2．1 操作過(guò)程中的波形監(jiān)視
為監(jiān)測(cè)控制接觸器在現(xiàn)場(chǎng)受到的干擾，在不同安
裝地點(diǎn)的多個(gè)隔離刀閘操作過(guò)程中，用數(shù)字示波器監(jiān)
視接觸器線圈兩端電壓和流經(jīng)線圈電流的波形，電壓
和電流整體上波形基本相同，如圖2所示。
畜
鼉
曩刪
W2
V2
U2
圖2操作過(guò)程中線圈電壓和電流波形
Fig,2 Voltage and current waveforms of
control contactor coil during operation
由圖2可以看出，操作開(kāi)始(線圈勵(lì)磁瞬間)以
及整個(gè)操作過(guò)程中(線圈一直勵(lì)磁)電流、電壓均無(wú)
異常，線圈兩端電壓在230 V左右，流經(jīng)線圈的電流
在45 mA左右，均在接觸器額定值以內(nèi)，不會(huì)對(duì)接觸
器構(gòu)成危害。但在刀閘操作到位后(線圈勵(lì)磁返回
瞬間)，線圈兩端電壓出現(xiàn)了幅值較高的尖峰，電壓
的最大值達(dá)到其額定電壓的2—3倍。流經(jīng)線圈的電
流未出現(xiàn)尖峰。線圈的損壞可能和其受到的暫態(tài)沖
擊有直接關(guān)系。
2．2控制接觸器的等值電路
控制接觸器及其所連外回路等效電路如圖3所
示，其中￡、r、c分別是接觸器線圈的電感、內(nèi)阻、雜散
電容。％、厶、co、R。分別是控制電路的電源、導(dǎo)線分
布電感、分布電容和電阻。K為線圈勵(lì)磁的控制
接點(diǎn)[6-7 2。
Electric Power Construction V01．33。No．2。Feb．，2012圜
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
C
的控制電纜長(zhǎng)短和輻射路徑不同，這些都將引起對(duì)地
雜散電容的不同，暫態(tài)波形也就存在差異。
乏
H曰
300
O
圖3控制接觸器等效電路
御
Fig．3 Equivalent circuit of control contactor
一700
對(duì)于控制電路來(lái)說(shuō)，接觸器線圈是一種電感性負(fù)
載，當(dāng)通過(guò)控制接點(diǎn)突然斷開(kāi)時(shí)，線圈通過(guò)雜散電容
構(gòu)成振蕩回路，其頻率由電感和寄生電容決定。
對(duì)于安裝在現(xiàn)場(chǎng)的控制接觸器，同一型號(hào)控制接
觸器線圈的電感、內(nèi)阻數(shù)值較穩(wěn)定，因與線圈相連的
電纜長(zhǎng)短不同及所處環(huán)境各異，其等效電路中的雜散
電容離散性較大。在控制接觸器勵(lì)磁返回瞬間，因回
路參數(shù)的不同，在不同地點(diǎn)檢測(cè)到的線圈兩端電壓和
流經(jīng)線圈的電流波形也就存在較大差異。
2．3線圈失磁瞬間暫態(tài)波形比較
為深入分析控制接觸器失磁瞬間線圈兩端的電
壓暫態(tài)特性，將同一隔離開(kāi)關(guān)在不同操作方式下的暫
態(tài)波形進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)還將安裝在不同地點(diǎn)隔離開(kāi)關(guān)
操作時(shí)波形進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)波形有如下特點(diǎn)：
(1)同一隔離開(kāi)關(guān)就地三相電動(dòng)和遠(yuǎn)方操作(遠(yuǎn)
方只能三相操作)時(shí)的暫態(tài)波形基本相同；同一操作
方式下的多次操作，其暫態(tài)波形基本相同。
(2)同一隔離開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)方(或就地三相電動(dòng))操作
時(shí)的暫態(tài)波形和就地單相電動(dòng)操作時(shí)的波形振蕩幅
值區(qū)別較大，三相操作時(shí)的振幅要大，如圖4所示。
之
出
腳
300
O
-700
300
O
-300
(a)三相操作(b)單相操作
圖4三相與單相操作時(shí)暫態(tài)波形
Fig．4 Transient waveform during single-phase
operation and three·phase operation
(3)不同隔離開(kāi)關(guān)同在現(xiàn)場(chǎng)三相電動(dòng)(或遠(yuǎn)方操
作)時(shí)的暫態(tài)波形的幅值和頻率均有較大區(qū)別，圖5
列出了3個(gè)不同地點(diǎn)隔離開(kāi)關(guān)同在遠(yuǎn)方操作時(shí)的暫
態(tài)電壓波形。
通過(guò)分析可知，同一隔離開(kāi)關(guān)三相操作與單相電
動(dòng)操作時(shí)與控制接觸器相連的外回路不相同；不同隔
離開(kāi)關(guān)因其安裝地點(diǎn)的不同，與控制接觸器線圈相連
皿Electric Power Construction V01．33，No．2，F(xiàn)eb．，2012
之0
嘲
唧
(a)地點(diǎn)I (b)地點(diǎn)2
圖5遠(yuǎn)方操作時(shí)不同隔離刀閘暫態(tài)波形
Fig．5 Transient waveforms during remote
operation of different disconnector
3反事故措施
在線圈兩端加裝消弧電路，控制電感線圈在勵(lì)磁
返回時(shí)其兩端的電壓和流經(jīng)線圈的電流在允許范圍
內(nèi)，將能有效保護(hù)控制接觸器舊J?！峨娏ο到y(tǒng)繼電保
護(hù)及安全自動(dòng)裝置反事故措施要點(diǎn)》中明確要求“直
流電壓在110 V及以上的中間繼電器一般應(yīng)有符合
要求的消弧回路”。
消弧電路有以下幾種一d引：(1)在線圈兩端并接
單一電阻或二極管；(2)在線圈兩端并接穩(wěn)壓二極管
或壓敏電阻；(3)在線圈兩端并接電阻加二極管；(4)
在線圈兩端并接RC支路；(5)以上消弧措施的組合。
為可靠起見(jiàn)，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)如圖6所示的2種消弧回路
的效果進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。圖中KM為接觸器線圈。
KM
(a)消弧回路1 (b)消弧回路2
圖6消弧回路原理
Fig．6 Arc suppression circuit
對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明：
(1)消弧回路l安裝在不同隔離開(kāi)關(guān)的控制回
路，測(cè)試不同操作方式下暫態(tài)波形不盡相同，圖7～8
列出了安裝在不同回路、相同操作方式下的暫態(tài)波
形。安裝消弧回路1對(duì)部分回路能改善暫態(tài)過(guò)程，對(duì)
O
之姐刪
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
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圖7加裝消弧回路l后暫態(tài)波形圖1
Fig．7 Transient waveform 1 with arc suppression circuit 1
400
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一
線圈兩端電壓
卜
一流經(jīng)線圈電流
～
流經(jīng)消弧回路電流I
n■．L一．。一一．．
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圖8加裝消弧回路1后暫態(tài)波形圖2
Fig,8 Transient waveform 2 with arc suppression circuit 1
部分回路卻進(jìn)一步惡化暫態(tài)過(guò)程，出現(xiàn)震蕩加劇或峰
值比安裝前更高的尖峰。原因可能為儲(chǔ)能元件c的
引入，改變了原回路的分布電容參數(shù)，引起暫態(tài)波形
的改變。
(2)消弧回路2安裝在不同隔離開(kāi)關(guān)的控制回路，
不同操作方式下測(cè)試隔離開(kāi)關(guān)分合到位時(shí)的暫態(tài)波形
基本相同，如圖9所示。對(duì)線圈兩端電壓及流經(jīng)線圈的
電流在失磁瞬間的波形改善非常明顯，消弧的效果比較
理想。最終選用該種方式來(lái)實(shí)施反事故措施。
4 結(jié)語(yǔ)
本文通過(guò)對(duì)隔離開(kāi)關(guān)控制接觸器在啟停過(guò)程中
的線圈兩端電壓及流經(jīng)線圈的電流波形進(jìn)行監(jiān)視，分
析認(rèn)為控制接觸器頻繁故障的原因與其自身啟停瞬
間在內(nèi)部產(chǎn)生暫態(tài)電源脈沖有關(guān)，并選擇了適合該回
路的消弧元件作為反事故措施，效果明顯。
圖9加裝消弧回路2后暫態(tài)波形圖
Fig,9 Transient waveform with arc suppression circuit 2
為提高隔離開(kāi)關(guān)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行水平，在其二次
控制回路設(shè)計(jì)中，除了保證功能完善外，還須考慮設(shè)
備現(xiàn)場(chǎng)使用工況，采取屏蔽電纜有效接地、浪涌抑制
器等一系列防護(hù)措施，減少設(shè)備受到現(xiàn)場(chǎng)的干擾和暫
態(tài)沖擊。
5參考文獻(xiàn)
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收稿日期：2011—08．25修回日期：201l—12·16
作者簡(jiǎn)介：
鄧光武(1977)，男，工程師，碩士，從事高壓直流輸電技術(shù)研究，
E-mail：gnangwudeng@163．com；
宋述波(1978)，男，高級(jí)工程師，碩士，從事高壓直流輸電技術(shù)
研究。
(責(zé)任編輯：魏希輝)
Electric Power Construction VoL 33，No．2。Feb．。2012田
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