沙河抽水蓄能电站10 kV高压柜缺陷分析与处理

黄 艳，龚翔峰

（江苏沙河抽水蓄能发电有限公司，江苏 溧阳 213333）

0 引言

沙河抽水蓄能电站（简称沙河电站）10 kV高压柜采用ZS1型铠装式金属封闭开关设备，额定电压12 kV，由固定柜体和真空断路器手车组成。本文结合沙河电站工程实例介绍了10 kV高压柜运行中出现的缺陷，分析缺陷原因，介绍处理过程。

1 10 kV高压柜配置

沙河电站共设有24面10 kV高压柜：起AB换相作用的发电/抽水换相开关柜、泵工况背靠背启动用的拖动/启动开关柜、隔离排柜、厂变高压开关柜、励磁隔离排柜、机组出口电压互感器柜和主变低压侧电压互感器/避雷器柜等，其中14面开关柜均采用手车型真空断路器（简称手车开关）。

2 手车开关

手车框架采用冷轧钢板经折弯及焊接而成；开关采用浇注式极柱，真空灭弧室安装在三相立式绝缘套筒内，可有效防止真空灭弧室受外力作用而导致损坏，同时避免因粉尘和污秽的积累而造成沿面闪络，改善灭弧室周围的电场分布；配套操动机构采用结构紧凑、性能稳定的平面蜗卷式弹簧操动机构；动触头采用梅花式触指系统，具有接触电阻小，承受热稳定电流和动稳定电流大等优良的电气性能。

3 10 kV高压柜故障分析及处理过程

3.1 手车开关合不上

抽水蓄能机组在发电工况和抽水工况启动时，需在发电机出口开关合上前，先合上发电或抽水换相开关，一旦发生手车开关合不上，将会导致机组启动流程中止。

现象1：1号机抽水换相开关合不上[1]。手车摇至检修位置，打开面板，发现开关未分到位，将计数器与合闸线圈轴的连接部分压块拉开后，机构自动调整至分位置。但其根本原因为开关长期频繁动作，强烈震动导致小半轴的轴销突出，阻止了机构动作路径，见图1；经返厂机构拆除、更换零配件后缺陷得以消除。

图1 VD4传动机构内小半轴轴销突出

现象2：2号机抽水换相开关合不上[2]。手车摇至检修位置，发现闭锁电磁铁Y1未吸合，根据图2所示，因合闸回路中Y1未吸合，辅助开关S2的常开接点不动作，合闸线圈Y3无法得电工作。经万用表实测Y1线圈电阻达5 MΩ，而厂家标准为9 kΩ±10%，判定闭锁电磁铁烧毁。

图2 手车开关合闸控制回路图

原因分析：手车开关正常工作时，操作电源不断开，闭锁电磁铁长期带电，电磁铁容易发热导致线圈质量下降甚至烧毁；另外控制电压若长期偏高，也会促使电磁铁损坏。处理：更换闭锁电磁铁后开关动作恢复正常。

现象3：2号机发电换相开关合不上[3]。现地操作开关“合”，闭锁电磁铁Y1正常吸合，测合闸线圈Y3未得电。断电后万用表实测Y3线圈电阻正常，但整流桥V3单桥电阻不到300 kΩ，全桥电阻不到0.5 MΩ，均低于厂家标准单桥1.9 MΩ、全桥3.5 MΩ，判断整流桥损坏。

整流桥内部接线如图3所示，当控制电源为直流时，正常只有二极管D13和D16或D14和D15励磁，合闸线圈Y3得电后合闸回路接通。由于线圈为电感元件，在开关操作瞬间，线圈两端会产生较大的反电热，通过二级管放电，长期运行后，二级管容易被击穿；另外高温、震动、电压长期偏高（基本在DC 232 V左右），也将促使二极管加速老化。处理：更换整个整流桥模块后分合操作开关正常。

图3 合闸回路整流桥V3电气接线图

3.2 冷却回路故障报警

沙河电站换相开关柜额定电流达4 000 A，正常运行时柜内运行温度较高。为改善运行环境，在抽水换相开关、发电换相开关和隔离排柜柜体前后各装有2只风扇，以便将柜内产生的高热量与外界形成热交换，达到冷却的目的。

现象1：2号机高压柜冷却回路故障报警。现场检查发现风扇未启动，启动回路中间继电器KC1动作，实测常开接点KC1:13-14未闭合，故风机启动回路未接通，见图4。解线后测试常开接点接触不良，时而导通时而不通。分析继电器长时间运行，接点表面氧化或有灼伤烧毛痕迹或触头压力不够导致接触不良。断电更换中间继电器后工作正常。

图4 冷却风扇电气控制图

现象2：1号机高压柜冷却回路故障报警。检查发现风扇已启动，报警回路中继电器KC2动作，判断并联的6只风扇微动开关有1个或几个未动作。停电后拆开盖板检查发现抽水换相开关后侧风扇的微动开关挡板脱落，导致风扇出风口吹不到挡板，微动开关常闭接点未动作。判断固定挡板的胶水在高温环境下加速老化，失去固定作用，在风力作用下使挡板脱离与微动开关引出杆的固定连接。更换微动开关并对所有挡板进行加胶加固处理，故障消除。

3.3 2号机发变组差动保护动作

现象：2号机抽水工况运行约3 h后发变组比率差动动作。故障录波（见图5）显示故障时AB相电压幅值相等、相位相同，AB相电流幅值大小相等、相位相反。判断AB相相间短路，且为瞬时性故障，持续时间约90 ms。经对主变低压侧和隔离母排间一次设备进行系统检查，绝缘测试均合格。发电启机并网后2号机组运行声音异常，A相无电流，紧急停机。

图5 故障录波故障时截图

检查发现1号机发电换相开关A相未同步合闸，判断A相触头与操作机构脱钩。

原因分析：沙河电站发电工况和抽水工况采用AB换相设计，在机组抽水运行时，抽水换相开关合闸，发电换相开关断开，发电换相开关A相断口间承受AB相间电压。由于发电换相开关A相开关触头未完全分闸到位，在抽水运行时，A相动静触头断口间绝缘被击穿而导致局部放电，A、B相间发生瞬时性短路，见图6。

图6 抽水蓄能机组AB换相图

处理：更换备用手车开关；原开关返厂解体发现A相凸轮盘偏移导致无法完全释放分闸弹簧，分闸不到位。

3.4 监控系统间断发报文“1号机隔离排柜手车不

在工作位置”

现象：1号机隔离排在正常运行时，监控LCU显示手车不在“工作”位置，而现地手车工作位置指示灯亮，判断手车工作位置辅助开关S9的接点或航空插针有松动。经回路检查，发现柜体上的航空插座中52号插针松动，见图7。原因分析：在隔离排柜检修隔离操作时，多次拔插航空插头，导致插针松动，接触不良。处理：在插针外穿一只黑色固定胶圈，手车推至工作位置，监控和现地显示均正常。

图7 1号机隔离排柜航空插针松动

3.5 1号机机组保护A面和B面柜显示发电换相开

关变位时间不一致

现象：1号机发电过程中，保护柜报文显示发电换相开关变位时间，B面柜较A面柜慢9 s。经查电气回路图，保护柜的开入量由手车开关的辅助开关S5的2对常开接点送出。根据现象判定辅助开关S5的53:54接点有松动，见图8。因长期运行在振动、高温环境下，辅助开关传动杆间隙慢慢发生变化，接点与引出线接触也会松动，从而导致接点接触不良。处理：更换备件，多次分合开关，两面机组保护柜显示开关变位时间一致。

图8 手车开关各辅助开关实物图

4 设备管理

通过多年对缺陷分析与处理以及寿命跟踪中积累的经验，逐步形成适合现场的设备管理方式：①对高频发的二次元件，适时适量配备备品备件；②每年利用2次检修机会，检查机构，测量闭锁电磁铁、分合闸线圈、整流桥电阻；③每3年由设备厂家进行系统性维护保养；④对动作频繁、运行达8年以上的开关逐步淘汰更新；⑤在现场存放1只备用手车开关，以减少缺陷处理的时间。

5 结语

10 kV高压柜作为抽水蓄能电站运行的关键设备，其安全可靠性显得尤为重要。通过对10 kV高压柜运行过程中故障的处理，在高压柜管理上积累了丰富的经验。手车开关操作频繁，手车比较笨重，出现故障检查处理难度较大，因而要高度重视备品备件的采购与设备管理工作。