一起6kV VD4开关拒动事件的分析及建议

广东惠州平海发电厂有限公司 林永源 廖淼军 刘建利

在电力系统中，6kV和10kV中压开关应用较为广泛，在众多的工厂企业、矿山、油气田和风力发电站中这些开关发挥着不可替代的作用，负责各种重要的负荷。开关的操作性能对于操作人员和负荷设备起着至关重要的作用，如果日常操作中这些开关出现拒动，会导致负荷工艺流程受影响，造成设备损坏，操作失误可能导致严重的人身事故。如果负荷设备出现故障，继电保护装置动作切断电源期间开关拒动，则会触发越级跳闸，引发大范围的停电，造成全厂全站停电的电力事故。

基于此，本文将深入研究一起6kV VD4开关拒动的事件，通过开关动作次数、开关辅助接点接触电阻的变化分析开关拒动的原因，提出切实可行的解决方案，从而为防止开关拒动提出几点有意义的维保参考建议。

1 设备概况及事件经过

某火力发电厂装机容量为2×1000MW超超临界燃煤机组，两台1000MW机组均以发电机—变压器—单元接线分别接入500kV配电装置。脱硫系统采用北京国电龙源环保工程有限公司的石灰石-石膏就地强制氧化湿法烟气脱硫工艺（引进国外FBE公司），脱硫效率≥96%。脱硫岛按—炉—塔单元设置，无GGH，有烟气旁路挡板门设计。单元脱硫系统包括：烟气系统、吸收塔系统、氧化风机系统、石灰石供浆系统、石膏-级脱水系统等。

脱硫电源来自机组厂用电，脱硫电气系统的交流电压等级为6kV和380/220V。每台机组的脱硫装置设一段6kV脱硫母线。6kV脱硫段采用单母线接线，由每台机组分别提供两路6kV电源至相应机组6kV脱硫段，一路电源从本机组厂用6kV A段来，另一路电源从A段备用电源T接过来，按一类负荷考虑。

每台机组的脱硫吸收塔配置4台浆液循环泵，分别为1号机的1A、1B、1C、1D浆液循环泵，2号机的2A、2B、2C、2D浆液循环泵。脱硫6kV负荷分接在两段脱硫6kV母线上，1号机负荷接脱硫6kV 1段，2号机负荷接脱硫6kV 2段。脱硫6kV浆液循环泵电动机开关为厦门ABB开关有限公司生产的VD4/W 12.12.40型6kV真空断路器，额定电压12kV，额定电流1250A，额定短路开断电流40kA，制造年份2010年。在额定电流下，开关理论使用寿命次数20000次。保护装置采用南瑞继保生产的RCS-9626CNR2型保护装置，配置电流速断保护、过电流、过负荷、接地保护、低电压、负序保护和堵转保护。

2023年6月30日，脱硫主值在DCS上执行脱硫6kV电机分闸正常操作，远方停止1A浆液循环泵，当远方分闸指令发出后，脱硫DCS上6kV开关状态没有发生变化，同时DCS上显示1A浆液循环泵开关在就地状态。当班运行人员立即到配电室检查，发现6kV开关在合位，没有分闸，接着到6kV电动机就地处检查，发现1A浆液循环泵电机在运行。然后运行人员按下电动机旁的紧急停机事故按钮，过后电动机保持运行，没有停止，事故按钮操作无效。

随后运行通知检修人员进场，检修人员到位后，通过6kV开关柜柜门的紧急操作孔使用紧急操作杆实现开关的机械机构分闸。电气检修人员检查保护装置，发现存在控制回路断线报警记录，远方就地切换开关在远方位置。经过检查后，检修人员将备用开关送至1A浆液循环泵开关柜内使用，试运备用开关分合闸操作正常，工作位远方启停电动机正常。

2 故障分析

2.1 1A浆液循环泵开关就地远方位置不对应检查

开关拒动后，DCS上显示1A浆液循环泵在就地状态，实际检查开关柜的就地远方把手在远方位置，两者不对应。对开关控制回路中上送DCS的信号进行检查，发现开关的控制回路断线信号和远方就地位置并接作为一个信号点，通过硬接线方式上送脱硫DCS，脱硫DCS中把其命名为就地位置。在开关拒动时，就地远方把手位置未改变，发出的报警实际为控制回路断线，与保护装置上的报警记录相吻合，DCS显示开关在就地状态，是命名错误，应改为远方不可控。

2.2 开关控制回路断线检查

拒动开关机械分闸后，将开关拖至试验位。对控制回路二次接线进行检查，未发现接线松动情况。此时进行分合闸试验，通过远方合闸和分闸指令操作开关，开关均能正常分合闸，未出现拒动，保护装置未出现报警[1]。说明机械分闸后，开关控制回路正常导通，控制回路未发生断线。

开关在试验位置进行的分合闸操作正常，说明分闸线圈是正常的。开关分闸控制回路中经过开关本体的接线原理如图1所示。分闸指令先经过开关的常开辅助接点BB2再到分闸线圈M01。6kV开关在开关柜内由工作位置摇至试验位置，无须打开柜门，无须分开二次航空插头，分闸控制回路的所有设备及接线均无发生变化。唯一变化的是机械分闸改变了开关辅助接点BB2的分合状态。因此，开关在发生拒动时，开关辅助接点BB2的接触不良是导致保护装置报控制回路断线的原因。

图1 开关本体分闸回路接线原理

2.3 开关辅助接点检查

拆开6kV开关本体，检查开关辅助接点BB2的接线，未发现松动情况，辅助接点活动正常，接点机构弹簧压力正常，接点无卡涩现象。把辅助接点机构拆解，仔细观察接点接触金属的表面，发现其受电弧烧蚀明显发黑。

由于机组锅炉负荷变化及煤种的变动，1A、1B、2A、2B浆液循环泵需要频繁启停。2023年6月，浆液循环泵启动次数统计如下：1A浆液循环泵启动次数20次；1B浆液循环泵启动次数24次；1B浆液循环泵启动次数44次；2B浆液循环泵启动次数70次；1C浆液循环泵启动次数27次；2C浆液循环泵启动次数8次；1D浆液循环泵启动次数3次；2D浆液循环泵启动次数5次。泵的启停会使6kV开关各出现一次合闸与分闸。开关辅助接点动作次数为泵启动次数的两倍。以6月动作次数最多的2B浆液循环泵进行数据推导，每月开关动作次数按6月的50%进行估算，从机组2010年10月投产到2023年6月期间粗算12年，辅助接点动作次数达0.5×2×70×12×12=10080次。

1A浆液循环泵开关的辅助接点曾在5年前更换过一次，其后到2023年辅助接点的动作次数约为3360次。辅助接点的每一次动作都会出现一次短暂的电弧，几千次的动作导致几千的电弧，使接点烧伤，出现接点表面接触电阻变大的情况[2]。串联的分闸线圈电阻固定不变，当辅助接点接触电阻过大，电路导通时分闸线圈分压过低，不满足线圈的动作电压范围65%～120%时，分闸线圈不动作，开关无法分闸，就会出现拒动的现象。

2.4 辅助接点接触电阻分析

辅助接点的接触电阻在电弧烧伤过程中逐渐增大，当其达到一定的数值后，将导致分闸线圈分压过低而不能正确动作。检查过程中，在6kV开关的分闸控制回路中串接一个可调电阻箱进行了一个试验，如图2所示。

图2 分闸回路串接可变电阻箱

6kV开关在试验位置合闸后，逐步增大电阻箱电阻，每次增加1kΩ。当串接电阻在15kΩ以下时，保护装置不会发出控制回路断线报警；当串接电阻大于15kΩ后，保护装置出现控制回路断线报警。说明分闸回路中的合位监视继电器是高阻型中间继电器，其电阻固定，当串接的电阻为15kΩ及以上时，固定电阻的合位监视继电器分压过低，不满足动作条件，使保护装置发出控制回路断线报警。在6kV开关拒动时，最后一次的分闸命令，使辅助接点出现最后一次的电弧烧蚀，辅助接点的接触电阻由低于15kΩ变成大于15kΩ，保护装置发出了控制回路断线报警。

6kV开关在试验位置合闸的，逐步增加电阻箱电阻，每次增加10Ω，分别发出分闸命令进行分闸测试。当串接电阻小于80Ω时，开关能正常分闸；当串接电阻为80Ω时，开关不能分闸，保护装置中的分闸保持继电器不能稳定动作，发出“嗡嗡”的异响；当串接电阻大于80Ω后，开关不能分闸。说明分闸保持继电器是低阻型中间继电器，其电阻较小，串接电阻为80Ω时，分闸过程中整个分闸回路的电流，为保持电流临界值，保持继电器不能正常动作；同时串接电阻为80Ω及以上时，分闸线圈分压小于65%，开关不能分闸。在6kV开关拒动前，最后一次的合闸命令，使辅助接点出现倒数第二次的电弧烧蚀，辅助接点的接触电阻由低于80Ω变成大于80Ω，小于15kΩ，保护装置不发控制回路断线报警，但开关已不能分闸。

由以上两点可知，多次电弧烧蚀导致的辅助接点的接触电阻上升非线性，最后一次电弧使接触电阻由几十欧突变为十几千欧，具有较大的突然性。

3 解决方案

针对6kV开关的拒动现象，主要采取了更换断路器辅助接点及对开关分闸控制回路改造的措施[3]。具体措施如下。

更换了4台频繁使用的6kV开关及2台备用开关的辅助接点BB2；对4台使用的开关及2台备用开关分闸线圈的插拔接头进行了清洁，重新插拔；对6台开关本体内的分闸回路进行改造，在分闸回路的辅助接点BB2边上并接一对辅助接点BB1。并接的两对接点使分闸时流经每对接点的电弧电流变为原来的一半，接点的工作状况大大改善，辅助接点的使用寿命增加。只有当两对辅助接点都出现异常时，才会出现开关分闸拒动的情况，分闸回路的可靠性上升。改造后的开关分闸原理如图3所示；在分闸回路改造后的开关表面粘贴改造日期及改造内容标识。在改造开关内部粘贴相同标识。分闸回路改造接线鼻子选择与原开关不一样的颜色，以作区分。

图3 开关本体分闸回路改造

现阶段，6kV开关技术成熟可靠，一般情况下开关拒动的可能性较低。但当开关频繁使用时，会出现不一样的情况，这将引起开关内辅助接点的接触不良，引发开关拒动的可能，从而导致电气设备故障时不能有效切断电源，扩大事故范围，所以6kV开关的及时维护保养尤为重要[4]。

下文结合本次6kV开关的拒动处理经验，提出几点参考建议：对于在日常使用中需要频繁分合的6kV开关，建议结合机组大小修停机的机会，每年进行一次开关的维护保养，重点检查辅助接点的健康情况，每三年更换一次开关的辅助接点[5]；必要时可对开关内的分闸回路进行改造，分闸回路并接一对开关的辅助接点，提高分闸回路的可靠性；当DCS上的设备状态信息名称与控制回路信息不一致时，及时修改DCS上名称，防止故障误判；在正常操作中出现6kV开关拒动时，及时采取措施，降低负荷电流，保证安全的情况下，可在开关柜外通过紧急操作杆分闸开关；可在DCS上设置6kV开关的合闸次数统计，当开关合闸次数达到1000次时，及时维护开关，更换开关的辅助接点。