500kV GIS接地开关、隔离开关操作机构延时动作故障分析

高利民

0 引言

接地开关、隔离开关是550kV GIS的重要组成部分，接地开关用于在安装维护期间把GIS的各个对地绝缘部分接地，以便保护人身安全。隔离开关可以隔离电路，同接地一起实现对高压输电线路和电气设备的控制、保护和检修。

在实际GIS运行过程中，接地开关、隔离开关最常见的故障为操作机构拒动问题，而在三门核电现场出现了操作机构延时动作故障，本文对三门核电接地开关、隔离开关操作机构延时动作问题进行故障分析，并进行故障处理及改进优化。

1 5 5 0 k V G IS接地开关、隔离开关操作原理介绍

图1控制原理图

三门核电500kV GIS接地开关、隔离开关采用三相独立的DH型电动操作机构，控制原理图见图1，合分闸信号，同时作用在ABC三相单独的合闸继电器ZJ1A/B/C或分闸继电器ZJ2A/B/C。三相合闸或分闸继电器动作后，继电器本身一副辅助触点（13-14）会形成自锁，保持继电器供电，继电器另有辅助触点（1-2、3-4、5-6）会接通电机控制回路，使得ABC三相电动操作机构电机动作。而接地开关、隔离开关合闸或分闸到位后，会带动辅助开关S0动作，切断合闸或分闸继电器回路，从而切断电机控制回路。

2 故障现象描述

三门核电500kV GIS在执行设备停复役及维护过程中，发生了多次操作机构三相不一致，某一相或两相机构延时动作的情况，最长延时时间达到4分钟。出现延时动作的设备，在第二次重复操作时，设备又能正常动作，故障不会复现。

3 故障原因分析及处理

由图1分析可知，同一合闸/分闸信号（脉冲信号）触发三相机构动作，并且有一相或两相已经能正常动作，所以说明合闸/分闸信号及供电电源正常。故障相延时一定时间后正常动作，说明合闸继电器ZJ1A/B/C或分闸继电器ZJ2A/B/C已经正确动作，并且完成自锁供电，所以故障的原因在电机回路。电机回路主要元气件有：合分闸继电器辅助触点、电动解锁线圈Y1及微动开关S7、电机电枢绕组DS、电机激磁绕组JC、电容。由于电机能正常操作，所以故障可能原因为主要为：合分闸继电器辅助触点、电动解锁线圈Y1及微动开关S7。

3.1 电动解锁线圈Y1故障分析及排查

3.1.1 故障分析

电动解锁线圈Y1得电吸合后才能带动S7动作，如果Y1未正确动作，会造成电机电枢绕组DS无法得电，电机无法动作。电磁铁装配是由铁芯、压板及黄铜柱为连接在一起的整体结构，弯板上开有圆孔，黄铜柱可在圆孔轴向方向来回移动。如果黄铜柱与弯板上的圆孔存在卡滞现象，将导致电磁铁线圈受电后，铁芯不能正常吸合或延时吸合，造成电机无法得电或延时得电。对于该问题，由于是装配问题，所以故障会一直存在，不会出现故障不可复现的情况。

3.1.2 故障排查

对于所有有延时动作的机构进行开关检查，发现电磁铁整体装配良好，不存在黄铜柱与圆孔偏心卡涩的问题，并且送电观察，电动解锁线圈Y1动作良好，可以排除该故障原因。

3.2 微动开关S7故障分析及排查

3.2.1 故障分析

微动开关S7控制电机电枢绕组DS是否能得电，如果微动开关安装偏位，线圈受电铁芯吸合后，导致微动开关不能可靠导通。并且可能还存在压板虽然可以压到微动开关按钮，但由于微动开关或电磁铁安装位置偏移等因素，造成微动开关不能可靠导通，存在虚接，处于导通和未导通切换状态。由于位置偏差微小，当操作机构再次操作时，可能又恢复正常，所以出现故障不可复现的情况。由于现场出现多台不同机构出现相同的延时动作问题，并且故障不能不能复现，所以同时出现安装偏移故障概率比较低。

3.2.2 故障排查

对于所有有延时动作的机构进行开关检查，发现微动开关装配正确，不存在偏位的情况。通电以后微动开工都能正常动作。

3.3 合分闸继电器辅助触点问题分析及排查

3.3.1 故障分析

合分闸继电器辅助触点，控制着电机回路的通断及电机的正反转。如果辅助开关接触电阻过大，会对回路中的电动解锁线圈Y1形成分压作用，而Y1动作电压约为20V，如果电压过低，Y1拒动或延时动作，会造成电机电枢绕组DS无法得电，电机无法运转。

辅助开关接触电阻由触点接触面上的收缩电阻和表面膜电阻组成。收缩电阻与触点材料、接触形式、接触压力、表面状况等因素有关。在一定范围内触点在电流的作用下发热，触点表面温度升高，触点材料软化，在触点接触压力的作用下，触点变形使实际接触面积增大可引起接触电阻下降。

表面膜电阻主要是由杂质、氧化膜或其他化合物的表面膜构成的电阻。触点的污染，会在触点之间出现杂质或生成膜，使接触电阻大大升高，甚至造成触点不通。触点污染主要有以下几种：

（1）尘埃：主要指各种固体的微粒。由于尘埃与触点之间是借助静电吸力而粘附在一起，所以容易脱落使接触恢复，因此接触电阻的变化具有断续性。

（2）吸附膜：气体分子或水分子在触点表面的吸附层。在低温条件下，因继电器触点周围的潮气存在，潮气会凝结成霜的形式吸附在触点表面上，使得接触电阻变大。随着触头压力的增大，该吸附膜的厚度可以减少到几个分子层。

（3）碳的附着层：在工作中触点经常的摩擦，并有电弧或火花作业，使附件的含碳物质的微粒分解，沉积在触点表面，形成碳的附着层，该附着层电阻随压力大小而改变。

（4）无机膜：触点金属在自然环境下，表面生产各种化合膜。在触点之间加一定电压时，无机膜可能被击穿。

（5）有机膜：从绝缘材料中排出的有机蒸汽在金属表面形成的粉末状聚合物。有机膜也能在电压下发生击穿反应，但击穿电压较高。

综上所述，继电器触点接触电阻偏高，但在回路带电的情况下，电流的热效应可能引起触头形变，增加接触压力，增加接触面积，从而减小收缩电阻以及吸附膜及碳的附着层引起的膜电阻。而电压的击穿效应，减少无机膜和有机膜形成的膜电阻。所以可能存在通电一定时间后，接触电阻变小，电压的分压作用变小。电动解锁线圈Y1上的电压达到动作电压后，Y1带动S7动作，电机回路接通动作。结合故障实际，继电器接触电阻偏高引起机构延时动作故障概率比较大。

3.3.2 故障排查

在检修期间，对所有停电间隔内的几十个隔离开关、接地开关分合闸继电器进行检查，检查发现，继电器触点接触电阻普遍偏高，数值由几十欧姆到几千欧姆。所以继电器触点接触电阻高是隔离开关、接地开关延时动作的根本原因。

3.3.3 故障处理

由于三门核电位于浙江沿海地区，常年湿度较大，潮湿的环境容易使触点产生表面膜，造成接触电阻过大。而汇控柜内温湿度控制器设定为：温度：5℃-15℃，湿度：75%-85%RH。

所以为了改善继电器运行环境，将温湿度控制器设定为温度：10℃-20℃，湿度：45%-55%RH。修改温湿度定值后，观察现场出现动作延时的机构明显减少，在后续停复役过程中，只有零星几个机构存在延时问题。在后续维护过程中，测量继电器接触电阻，对于仍然存在问题的继电器进行更换处理。

4 运行维护建议

针对三门核电现场出现的隔离开关、接地开关操作机构延时动作的分析处理，对后续设备的设计、调试、维护有如下建议：

第一，在设计阶段，需要充分考虑设备实际安装现场的环境，结合现场实际考虑通风、除湿等设计，及各控制柜温湿度定值设置。

第二，设备调试时，继电器需要测量继电器通电状态下辅助开关的接触电阻。

第三，在设备维护时，需要测量辅助开关的接触电阻，对于明显超出初始数据的继电器进行更换或维修。

5 结束语

对于隔离开关、接地开关，控制回路元器件故障，一般都会引起机构拒动故障。但是对于一些特殊触点，如果接触电阻偏大一定范围，在回路电压和电流作用下，一定时间内回路仍然可能导通，导致机构延时动作的情况。