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500kV隔离开关控制接触器频繁故障的原因分析及反事故措施

文档作者：邓光武宋述波王超林庆标莫文斌文档来源：中国南方电网超高压输电公司广州局		点击数：	更新时间： 2021年06月11日
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第33卷第2期霉曼墨昌E|囝皇垄堡堡垫!!竺!旦
500 kV隔离开关控制接触器频繁故障的
原因分析及反事故措施
邓光武，宋述波，王超，林庆标，莫文斌
(中国南方电网超高压输电公司广州局，广州市，510405)
摘要：通过分析500 kV隔离开关控制接触器在操作过程中的电压、电流波形，认为在接触器线圈励磁返回瞬间，线圈
回路出现的暂态冲击是造成其频繁故障的原因，提出了在接触器线圈两端加装消弧回路的反事故措施。通过对2种消
弧回路的效果对比，最终选择加装二极管串联电阻的消弧回路。
关键词：隔离开关；控制接触器；暂态冲击；消弧回路
Cause Analysis of Frequent Breakdown and Anti．accident 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
中圈分类号：TM 564 文献标志码：A 文章编号：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实现对高压隔离开关
在远方或就地、带联锁或不带联锁、单相或三相等方
式下灵活操作，是自动化变电站的重要组成部分⋯。
实际运行中二次控制回路并不十分可靠，文献[2-5]
就控制回路出现的常见问题进行了统计和分析，并提
出了改进措施，但隔离开关控制回路因受现场电磁干
扰的影响而频繁故障的案例未见提及和分析。本文
就穗东换流站500 kV隔离开关二次控制回路接触器
频繁故障的原因进行查找分析，同时提出针对性的改
进措施。
1 接触器故障概况
穗东换流站500 kV隔离开关及接地刀闸采用相
同的二次控制回路，其单相控制原理如图1所示。图
中SAl为远方／就地切换把手；SBl、SB2为手动按
圜Electric Power c0删f鲫V01．33，No．2。Feb．，2012
钮；KMl、KM2为控制接触器；SPl、SP2为刀闸限位开
关；KT为热继电器；SP5、SP6为手动闭锁接点；QFl
为交流真空开关。该二次控制回路实现了远方、就地
带连锁、就地解联锁的电动操作，具备手动／电动联
锁、自保持、自动停止、电机过流保护等功能，能满足
现场控制要求。
穗东换流站500 kV隔离开关和接地刀闸2009
年5月投运。在随后运行操作中，先后出现近百次由
于控制接触器(图l中KMl或KM2)故障引起的隔
离开关(接地刀闸)远方及就地均无法电动操作的设
备故障。检查发现：操作命令发出后，控制接触器线
圈两端有直流电压，但线圈不励磁；测量线圈的直流
电阻均较大(大于30 MI))，部分还出现线圈绝缘降
低现象，检查线圈内部漆包线发现有断裂现象，断裂
点两端有灼热痕迹。KMl、KM2为国产3TB4117型
接触器，且经过其他工程运行检验，未出现大面积损
坏的问题。初步怀疑该批次接触器存在质量问题，同
万方数据
SB3
Ll
L2
L3
KM2
QFl
图1 隔离开关单相控制原理
时安装调试期间正处于广东地区的雷雨季节，部分线
圈受潮可能引起性能下降。
2010年2月采用国外LS公司GMD一12型接触
器对穗东站所有隔离开关及接地刀闸控制回路中原
有接触器进行了更换，分合试验无异常。同时对控制
箱的密封性和加热除湿回路进行了检查，确保接触器
线圈不再受潮。但在随后的运行中大批出现隔离开
关(接地刀闸)均无法电动分合的现象，经检查也均
为接触器线圈开路。
2接触器故障原因分析
为查找接触器故障的原因，生产厂家在试验室中
外加直流电源对隔离开关进行了3 000次电动分合
闸试验，以检测控制接触器的质量，试验中未出现任
何异常。试验室中试验与现场的主要区别在于控制
回路未外接大量的控制电缆芯线。由此可见，控制接
触器出现大批量损坏主要原因并不在于其自身质量，
可能与现场使用工况有关，故障原因可能为受到外界
干扰源的影响所致。
2．1 操作过程中的波形监视
为监测控制接触器在现场受到的干扰，在不同安
装地点的多个隔离刀闸操作过程中，用数字示波器监
视接触器线圈两端电压和流经线圈电流的波形，电压
和电流整体上波形基本相同，如图2所示。
畜
鼍
曩删
W2
V2
U2
图2操作过程中线圈电压和电流波形
Fig,2 Voltage and current waveforms of
control contactor coil during operation
由图2可以看出，操作开始(线圈励磁瞬间)以
及整个操作过程中(线圈一直励磁)电流、电压均无
异常，线圈两端电压在230 V左右，流经线圈的电流
在45 mA左右，均在接触器额定值以内，不会对接触
器构成危害。但在刀闸操作到位后(线圈励磁返回
瞬间)，线圈两端电压出现了幅值较高的尖峰，电压
的最大值达到其额定电压的2—3倍。流经线圈的电
流未出现尖峰。线圈的损坏可能和其受到的暂态冲
击有直接关系。
2．2控制接触器的等值电路
控制接触器及其所连外回路等效电路如图3所
示，其中￡、r、c分别是接触器线圈的电感、内阻、杂散
电容。％、厶、co、R。分别是控制电路的电源、导线分
布电感、分布电容和电阻。K为线圈励磁的控制
接点[6-7 2。
Electric Power Construction V01．33。No．2。Feb．，2012圜
万方数据
C
的控制电缆长短和辐射路径不同，这些都将引起对地
杂散电容的不同，暂态波形也就存在差异。
乏
H曰
300
O
图3控制接触器等效电路
御
Fig．3 Equivalent circuit of control contactor
一700
对于控制电路来说，接触器线圈是一种电感性负
载，当通过控制接点突然断开时，线圈通过杂散电容
构成振荡回路，其频率由电感和寄生电容决定。
对于安装在现场的控制接触器，同一型号控制接
触器线圈的电感、内阻数值较稳定，因与线圈相连的
电缆长短不同及所处环境各异，其等效电路中的杂散
电容离散性较大。在控制接触器励磁返回瞬间，因回
路参数的不同，在不同地点检测到的线圈两端电压和
流经线圈的电流波形也就存在较大差异。
2．3线圈失磁瞬间暂态波形比较
为深入分析控制接触器失磁瞬间线圈两端的电
压暂态特性，将同一隔离开关在不同操作方式下的暂
态波形进行对比，同时还将安装在不同地点隔离开关
操作时波形进行比较，发现波形有如下特点：
(1)同一隔离开关就地三相电动和远方操作(远
方只能三相操作)时的暂态波形基本相同；同一操作
方式下的多次操作，其暂态波形基本相同。
(2)同一隔离开关远方(或就地三相电动)操作
时的暂态波形和就地单相电动操作时的波形振荡幅
值区别较大，三相操作时的振幅要大，如图4所示。
之
出
脚
300
O
-700
300
O
-300
(a)三相操作(b)单相操作
图4三相与单相操作时暂态波形
Fig．4 Transient waveform during single-phase
operation and three·phase operation
(3)不同隔离开关同在现场三相电动(或远方操
作)时的暂态波形的幅值和频率均有较大区别，图5
列出了3个不同地点隔离开关同在远方操作时的暂
态电压波形。
通过分析可知，同一隔离开关三相操作与单相电
动操作时与控制接触器相连的外回路不相同；不同隔
离开关因其安装地点的不同，与控制接触器线圈相连
皿Electric Power Construction V01．33，No．2，Feb．，2012
之0
嘲
唧
(a)地点I (b)地点2
图5远方操作时不同隔离刀闸暂态波形
Fig．5 Transient waveforms during remote
operation of different disconnector
3反事故措施
在线圈两端加装消弧电路，控制电感线圈在励磁
返回时其两端的电压和流经线圈的电流在允许范围
内，将能有效保护控制接触器旧J。《电力系统继电保
护及安全自动装置反事故措施要点》中明确要求“直
流电压在110 V及以上的中间继电器一般应有符合
要求的消弧回路”。
消弧电路有以下几种一d引：(1)在线圈两端并接
单一电阻或二极管；(2)在线圈两端并接稳压二极管
或压敏电阻；(3)在线圈两端并接电阻加二极管；(4)
在线圈两端并接RC支路；(5)以上消弧措施的组合。
为可靠起见，现场对如图6所示的2种消弧回路
的效果进行了对比试验。图中KM为接触器线圈。
KM
(a)消弧回路1 (b)消弧回路2
图6消弧回路原理
Fig．6 Arc suppression circuit
对比试验结果表明：
(1)消弧回路l安装在不同隔离开关的控制回
路，测试不同操作方式下暂态波形不尽相同，图7～8
列出了安装在不同回路、相同操作方式下的暂态波
形。安装消弧回路1对部分回路能改善暂态过程，对
O
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万方数据
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图7加装消弧回路l后暂态波形图1
Fig．7 Transient waveform 1 with arc suppression circuit 1
400
O
一
线圈两端电压
卜
一流经线圈电流
～
流经消弧回路电流I
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图8加装消弧回路1后暂态波形图2
Fig,8 Transient waveform 2 with arc suppression circuit 1
部分回路却进一步恶化暂态过程，出现震荡加剧或峰
值比安装前更高的尖峰。原因可能为储能元件c的
引入，改变了原回路的分布电容参数，引起暂态波形
的改变。
(2)消弧回路2安装在不同隔离开关的控制回路，
不同操作方式下测试隔离开关分合到位时的暂态波形
基本相同，如图9所示。对线圈两端电压及流经线圈的
电流在失磁瞬间的波形改善非常明显，消弧的效果比较
理想。最终选用该种方式来实施反事故措施。
4 结语
本文通过对隔离开关控制接触器在启停过程中
的线圈两端电压及流经线圈的电流波形进行监视，分
析认为控制接触器频繁故障的原因与其自身启停瞬
间在内部产生暂态电源脉冲有关，并选择了适合该回
路的消弧元件作为反事故措施，效果明显。
图9加装消弧回路2后暂态波形图
Fig,9 Transient waveform with arc suppression circuit 2
为提高隔离开关的可靠稳定运行水平，在其二次
控制回路设计中，除了保证功能完善外，还须考虑设
备现场使用工况，采取屏蔽电缆有效接地、浪涌抑制
器等一系列防护措施，减少设备受到现场的干扰和暂
态冲击。
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收稿日期：2011—08．25修回日期：201l—12·16
作者简介：
邓光武(1977)，男，工程师，硕士，从事高压直流输电技术研究，
E-mail：gnangwudeng@163．com；
宋述波(1978)，男，高级工程师，硕士，从事高压直流输电技术
研究。
(责任编辑：魏希辉)
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