3AH5型断路器无法正常分闸处理案例分析

0引言

电力供给对于现代社会的稳定运行至关重要,而在变电所中,中压断路器作为至关重要的设备之一,负责控制现场众多电气设备的合闸与分闸。机泵、风机、变频设备、电容器、变压器等设备的正常运行与否,直接依赖于中压断路器的可靠操作。可以说,中压断路器承载着电力正常供给的重要使命。

然而,即便是这样一台看似简单的设备,其背后也隐藏着巨大的挑战。如果中压断路器无法正常进行分合闸操作,可能会导致严重的事故发生,从而给生命财产安全带来巨大威胁。因此,对中压断路器的日常维护和定期检修显得尤为重要。只有通过经常性的日常维护和定期的大检修,才能确保中压断路器的正常运行,避免因故障引发电力中断和潜在的事故隐患。

然而,要确保中压断路器长期稳定运行,仅仅依靠日常维护还不够。在电力系统中,无法分合闸的原因多种多样,主要分为一次故障和二次故障。相对而言,二次故障较为容易排查,风险也相对较小。但一次故障中,尤其是带电设备因机构故障而无法分闸的情况,无疑是解决难度和风险最高的问题。

本文将详细阐述一起3AH5型中压断路器在带电情况下因分闸机构故障而无法分闸的案例。除了案例分析,还将深入探讨如何在这种危急关头安全且平稳地使开关分闸。同时,本文将拓展讲述断路器内部的具体结构,以帮助更好地理解中压断路器的工作原理和构造特点。本文的研究旨在加强对中压断路器及其运行维护的认识,提升电力系统运行的稳定性和安全性,为推动电力事业发展贡献力量。

1 事件经过

2022年5月25 日04:00,电气维修班组的电气值班员接到了一则紧急通知,工艺操作工汇报称某电机的现场操作柱无法正常停机。电气值班员接到消息后,立即行动,火速前往现场进行确认。在现场仔细观察操作柱后,确认了操作柱无法实现停机功能,引发了对开关运行状况的担忧。

电气值班员及时到达变电所后,开始对电机的3AH5型断路器及其开关柜运行情况进行全面检查。尽管综保系统未发出任何异常报警,但却发现控制电源开关QF3已经跳闸。更糟糕的是,储能电机仍在继续运行,这使得电气值班员意识到问题可能比想象中更为严重。为了避免进一步发生意外,电气值班员迅速采取了切断储能电源开关的措施,以确保现场安全。

尽管努力尝试在开关柜上进行分闸操作,但却无法使断路器分闸。即便是尝试手动机械分闸,也无法解决问题。根据现场状况初步判断,这可能是断路器内部存在严重故障所致。

事件发生后,电气值班员迅速向相关领导详细汇报了情况。责任工程师在得知情况后,立即下令组织人员连夜赶赴现场,展开全面调查与处理。这一事故的发生引起了部门领导的高度重视,必须迅速行动,全力以赴解决问题,确保断路器顺利且安全地分闸。

2处理过程

经工程师现场确认,情况属实,断路器无法正常分闸,情况严峻。为解决问题,公司电气调度迅速与市电网地调取得联系,商讨合环后停某变电所6 kv Ⅱ段母线的方案,以保证0.4 kv供电负荷的稳定供电。然而,电网地调并未同意公司的合环申请,这给问题的解决增加了难度和紧迫性。面对困境,工程师立即与生产部门取得联系,商议倒负荷方案。通过从上侧开关停某变电所6 kvⅡ段母线和0.4 kvⅡ段母线的方式,试图扩大停电范围以便解决当前的危机。在倒负荷准备过程中,仍然不断尝试将断路器带电解体的解决办法。工程师要求作业人员穿上绝缘鞋,并配备绝缘手套、安全帽和护目镜,以最大程度保障安全。打开中压柜小车室柜门,松开限位内螺杆后就可以打开柜门。柜门打开后,可以看到断路器正面。拆除断路器正面盖板的四个紧固螺栓,即可取下盖板,看到断路器的内部构造,如图1所示。

按照动作周期,弹簧电动储能时间是15 s,而手动储能是20圈[1],现场的实际情况是,电动储能过程中储能电机空转,手动储能无法驱动机构位移。判断是合闸时机构3往下位移不够,导致机构1卡住,无法正常完成弹簧储能,故无法分闸。因为机构1无法跟着储能电机转动,所以弹簧无法储能。机构1没有运行到与机构2接触的位置,使得储能辅助触点没有变位,一直是常闭状态,故储能电机一直带电工作。用工具把机构3往下压,如图2所示,使机构3移动到位,机构1就不会卡住,而是跟着储能电机一起转动,恢复正常储能,按下手动分闸位置成功分闸,侧面判断储能电机没有问题。分闸后将断路器小车摇至试验位置,再用液压小车将断路器小车移至检修位置,用变电所内备用电机馈线柜的断路器小车代替送至试验位置,分合闸试验数次正常后,将断路器小车摇至工作状态备用。

工程师联系通知相关生产部门问题已经解决,不需要再倒负荷,电机馈线柜已恢复至完好备用状态。

3 事故原因分析

断路器合闸过程中,储能弹簧通过主轴使动触头往上动作,与静触头结合,同时使机构3往下位移,由于下移距离不够,储能时机构1卡住,无法正常完成弹簧储能,故无法分闸。

直接原因有两个:设备使用时间长,机械配合的间隙出现变化,后期检查发现机构3松动,能够左右移动的幅度大概5mm;储能弹簧力量不足,故障设备后期在试验位置进行分合闸试验,合闸时有概率难以正常储能,说明储能弹簧的弹力不足。

间接原因:断路器自身质量问题,即内部机构出现松动,导致合闸时机构3没有动作到位,弹簧无法正常储能。

4 后续维护整改

3AH5型断路器额定分合闸次数为10 000次,正常工况下该操作次数内免维护,查看此断路器操作次数为3 673次,未超厂家规定次数,判断出现此问题只是个例,不具有代表性。变电所56面中压柜,投用至今14年,此事件是第一次发生,故不需要对所内其他断路器开展此类问题的排查整改工作。

此次事件出现控制电源开关QF3跳闸问题,检查测量分闸线圈Y1电阻值接近0 Ω,线圈正常阻值为280 Ω,线圈烧毁短路致QF3跳闸,判断为远程停机命令一直保持使线圈长时间带电导致,建议将远程停机信号改为脉冲信号。

班组人员对真空断路器内部构造不了解,各个机构间的相互联系不清楚,借此事件必须让班组每个员工都清楚断路器的内部构造及工作原理,提高对此类事件的处理能力。同时,还要对机构动作部分进行定期润滑。

目前,部分老旧变电所内仍然保留中压接触器作为控制元件,这种设计在早期由于其成本低廉、适合频繁操作的特点而被广泛采用,特别是在一些中低容量负荷系统中较为常见。然而,随着工业用电负荷的不断增长及对供电系统安全性和稳定性要求的提升,中压接触器所固有的技术缺陷逐渐暴露出来,特别是在控制回路可靠性、故障应对能力以及运维安全性方面,其与中压断路器存在明显差距。首先,从结构和工作原理来看,中压接触器与中压断路器在操作机制上具有本质区别。中压断路器通常配备弹簧储能或液压储能机构,可通过远程控制或综保系统实现自动分合闸,同时保留有手动操作手柄,在控制系统故障或储能机构失效时,运维人员仍可通过人工方式实现强制分闸,具备较强的应急操作能力。而中压接触器主要依赖电磁铁吸合或断开触点来实现电路通断,其结构更为紧凑封闭,内部缺乏可人为干预的操作部件,一旦电磁铁卡滞或线圈故障,将无法正常断开回路,极大地限制了现场的人工应急处理能力。在这种情况下,唯一的处理方式是切断电源侧的隔离开关或在系统停电后人工拉开触头,而这又依赖于母线负荷能否全部安全切换或转移。因此,若中压接触器发生故障,其所在母线段必须完全倒空所有负荷,并将进线开关断开,才能确保检修过程的安全性。该操作不仅流程烦琐,而且对系统运行方式要求较高,若当地电网地调无法及时批准合环操作,则无法实现部分供电恢复,最终将导致整段母线及其下属所有中压、低压负荷全面停电,不仅严重影响设备正常运行,还会造成生产损失与协调难度的大幅增加。

在这种背景下,可选择直接将中压接触器更换为中压断路器,以提升系统的安全性和应急能力。中压断路器配套综保装置,具备完善的保护功能,如过流、速断、接地、过负荷等保护逻辑,可以及时切除故障回路,避免事故扩大,同时具备手动分合闸功能,极大提高了故障处理的主动性。然而,该方案也存在不足。由于断路器的设计更侧重于保护性分断,其额定分合闸次数为10 000次,远低于中压接触器的100 000次额定分合闸次数,因此在频繁启停的应用场合,断路器的机械寿命成为限制因素,将导致设备维护频次增加,长期使用成本上升。此外,断路器价格高昂、结构复杂、安装条件苛刻,对于原系统空间布置和母排结构的适配性有限,施工难度与工期也相应提高。因此,在许多生产现场,单纯将接触器全部替换为断路器的方案并不现实,也缺乏经济合理性。

为解决这一矛盾,一种折中且高效的优化方案应运而生,即改造现有中压开关柜系统,新增接触器专用柜,将中压接触器作为下一级控制元件纳入中压开关柜系统中,并由主进线中压断路器实现上级保护和隔离。通过这种改造方式,主断路器在系统故障或接触器无法动作时,仍可通过远程或手动方式强制分闸,实现对回路的紧急隔离,而接触器则保留其原有频繁操作的职责,实现对特定负荷如电动机启停的高频控制。此种结构兼顾了接触器的频繁操作特性与断路器的保护能力,不仅提升了整体系统的故障应对能力和保护深度,也有效延长了设备使用寿命,降低了长期运维成本。更重要的是,该方案保留了部分工艺流程中接触器快速响应、短时间频繁控制的优点,又解决了其在故障状态下难以手动操作的缺陷,提升了供电系统的可控性和运行稳定性。

此外,这种通过增设中压接触器柜实现结构优化的改造方式在工程实施层面也更具可行性。该方案无须整体拆除原有系统,仅需在原有开关柜的基础上新增一节柜体,并对控制回路进行简单优化即可完成改造,因此改造周期短、施工简便、对正常生产运行干扰小,尤其适用于生产不停运、需快速改造的现场。新增的接触器柜通常具备独立的熔断器保护、状态指示及机械联锁等功能,既可作为中压负荷控制单元使用,又能与主断路器的综保功能联动实现故障闭锁与跳闸协调,提升整体系统的保护协调性与设备状态可视性,大大方便了运行人员的日常操作与故障判断。通过该方案,中压接触器在维持其原有经济性与操作灵活性的基础上获得了断路器级别的保护支持,这是目前中压系统中一种极为实用、兼顾经济性与可靠性的改造路径。

综上所述,在现代电网和企业用电系统对稳定性、可靠性、安全性的要求日益提高的背景下,继续单独使用中压接触器作为负荷控制元件已难以适应运行要求。而通过将中压接触器与中压断路器功能整合,构建“主断路器+下级接触器柜”的控制保护体系,不仅解决了接触器在结构上缺乏手动断开能力的问题,也弥补了断路器在频繁操作场景中的不足,形成了一种结构合理、保护完善、操作便捷的中压系统新型配置方式。该方案在实际运行中表现出良好的稳定性与操作灵活性,对于提升系统整体运行效率、缩小设备故障停电范围、降低运维压力具有显著效果,值得在现有老旧中压系统中广泛推广与应用。

5 结束语

本文介绍的开关柜出现的问题,带来了深刻的反思和教训。事件主要原因在于维护人员对机构内部结构不够了解,导致无法正确进行转动及固定部分的维护,进而忽略了对转动部分的润滑保养。只有深入了解机构内部结构,才能保证维护到位,从而避免类似事故再次发生。因此,需要以此次事故为警示,加强对设备机构内部结构的学习和了解。只有通过深入学习和培训,让维护人员对机构内部结构了如指掌,才能在日常维护中做到心中有数,确保每一个维护环节都得到落实。

同时,还应当建立健全的维护制度和规范,明确维护责任和流程,确保每一个维护环节都得到认真执行。只有如此,才能从根本上杜绝类似事件的发生,确保电力设备的安全稳定运行。

最后,呼吁电气从业人员共同努力,以高度的责任感和使命感,不断提升自身的专业水平和技术能力,为保障电力设备的安全运行做出更大的贡献,为电力事业的发展保驾护航。

[参考文献]

[1] 上海西门子开关有限公司.3AH真空断路器说明书[Z],2008.

《机电信息》2025年第15期第18篇