一起110kV GIS设备出线间隔线路侧地刀合闸故障分析及处
理
摘要：本文以处理一起室内110kVGIS出线间隔线路侧地刀故障为例，通过严密而全面的逻辑分析，分析了故障原因，并通过试验逐项排查验证，最终确定了故障点，并制定相应措施。结果表明地刀传动机构卡涩，导致所需机械力矩增大，大于电动机的启动力矩，从而致使电动机堵转，串联在电动机回路的电阻烧坏。对GIS设备故障查找及处理有着积极的参考意义。 关键词：GIS设备；故障；电动机；堵转 1.故障情况描述
某110kV变电站110kV设备是户内GIS设备，现场运行人员进行倒闸操作时，将110kV线路1210开关转冷备用后，接当值调度令合上110kV线路侧121040地刀。此GIS设备既可遥控操作，也可就地操作。现场运行人员采用站端后台监控电脑遥控操作。正常时，遥控指令发出后，就能听到设备动作的声响，大概2-3秒后可在后台监控电脑查看到地刀的变位情况。但是，这次一直没有听到GIS设备动作的声响，查看后台监控，地刀也没有发生变位，在认真核对了操作设备双编、五防模拟情况、地刀的远方/就地控制方式确认无误后，运行人员继续到现场汇控箱检查情况，汇控箱前各指示灯未有异常，但能闻到一阵比较大的烧焦味，在确认安全后，运行人员迅速打开汇控箱后门，发现121040地刀对应的一电阻发热烧红，运行人员马上将地刀电源、刀闸操作总回路电源断开。 2.故障排查及处理
为进一步查明故障原因，首先查阅了对应的二次回路图纸，并逐一对照检查控制回路中的分闸回路、合闸回路、电机主电路合闸回路、电机主电路分闸回路。从地刀的控制原理图可知：
1）地刀合闸控制回路由远方/就地转换把手SA、合闸到位行程开关、分闸继电器常闭接点、合闸继电器、线路刀闸常闭接点、线路电压监视继电器常闭接点组成，由合闸继电器的常开接点形成自保持回路。
2）地刀分闸控制回路由远方/就地转换把手SA、分闸到位行程开关、合闸继电器常闭接点、分闸继电器、中间继电器常开接点组成，由分闸继电器的常开接点形成自保持回路。
电路中并没有串联或者并联有电阻，故可以得出结论：烧坏的电阻不是地刀合闸和分闸控制回路上的元件，控制回路无故障。
根据地刀的主电机回路图将电路简化后，分别得出合闸回路和分闸回路图，如下图所示。
从图可以直观的看出，地刀的电动操动机构用的是直流电机，采用的是110V直流电压做供电电源。电动机的电枢和励磁绕组并联，且是由同一个直流电源启动，因而励磁方式是并励方式。在直流电动机线圈绕组串联有一个电阻，因为直流电动机线圈的电阻很小，启动电流很大，这对电动机本身和接在同一电源上的其他电器都产生不良的后果，串联电阻的目的就是为了减少电动机启动时的电流。本次故障烧坏的电阻就是图中串联的电阻5R。
一开始，现场运行人员以为是电阻运行时间过长，产品质量差而产生的问题。为了尽早处理并执行调度操作指令，立即取备品更换烧坏的电阻，但是，更换电阻后刚操作，又出现同样的故障。因此，问题并不在电阻本身，而是电机的主电路回路有问题。为了彻底解决问题，对照电动机的合闸回路，里面的元器件并不多（只有合闸继电器的两对常开接点、电阻和电动机线圈），决定断开回路的控制电源和电机电源，逐一检查继电器和电动机线圈，结
果显示线圈绕组电阻正常，手动按压继电器，常开接点和常闭接点也正常。经过一番思考后，再次更换新的电阻，合上电源，在汇控箱就地操作检查。使用万用表测量相关电源正常后，由两人配合，一人在汇控箱前面操作合上121040地刀，另一个人在汇控箱后面用电流表检测电动机回路的电流和随时准备断开电机电源开关（为了避免回路长时间故障，再次烧坏电阻）。这次有了重大突破：一合上电源，电阻马上就开始发红，同时电流表的读数高达60多安，马上将电源开关断开。结合这些情况分析，可知启动电流很大，远远超出了电阻的额定电流，所以电阻会烧坏。
控制回路正常，电动机主电路也正常，运行人员查看了地刀的传动机构，位置指示没有动过。终于找到引起故障的问题所在，电机堵转了。检查地刀机构箱的传动轴，发现有一处地方生锈比较厉害，使用手柄轻轻转动，发现机构卡涩，对生锈的传动轴进行除锈润滑，等上几十秒后，用手柄轻微的来回摇动机构，明显改善。清理好现场后，再次对地刀进行电动合闸，这次一次成功，电阻没有再出现烧红烧坏情况。 3.堵转对电机的危害
堵转是指外力作用于转轴上使电机停止转动。当电机负载很大，电机启动力矩小于负载转矩，导致电机不能转动运行，那么电机转动过程中受到的阻力增大，随之电流变大，此时电机的电流却很大，正常状态下直流电机的绕组在电机转动时会产生磁通电动势，这个电动势与电枢电动势方向相反，会抵消一部分电枢电流，但是电机卡死不转动时，相当短路，绕组的抗阻等于零，所以电流很大，这个电流作用于电阻，就会导致电阻烧红烧坏。
另外，电机堵转后定子绕组流过的电流达到5-10倍的额定电流，使得定子绕组快速发热，当电机合闸启动后较长时间不能转动、电流不能降下来，串联的分压电阻将发热烧坏。 总结
为防止GIS设备的地刀电机出现堵转，需要注意以下问题：
1）由于负载电流随时变化，“加电阻”时电阻的电压降也是变化的，那么负载电压就会不稳定，影响电机的功率输出。
2）由于负载电流比较大，电阻上的功率消耗也比较大，会造成电能的损失、增加发热量，导致电阻迅速烧红烧坏。
3）防止电机堵转烧毁，最好的办法是采用过流继电器、熔断保险管等。
4）防止电机堵转，需定期对GIS设备的地刀、刀闸传动机构检修，涂抹润滑油，避免卡涩。
5）对电机加装过流保护，可以是热继电器、空气开关自带的过流保护和外装的过流保护，过流保护动作后，立即对电机进行检查，确定问题后进行检修。
6）明确电机是否容许出现堵转。如果一次都不能堵转，最简单的办法是在电路中加入保险丝，保险值为1.5-2倍正常电流值。
7）防止电机堵转烧毁，最有效的方式是在负载中串入一个采样电阻，用MCU来采集回路电流，通过电流反馈电路来保护，当达到需要保护的电流值后断开电机电源。 参考文献
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