（云南电网有限责任公司红河供电局 云南蒙自 661100）
摘要：介绍了一起国电南自FCX-12HP型断路器操作箱缺陷，通过对操作箱回路进行理论分析以及模拟实验，找出引发断路器操作箱内部元件烧坏的原因，并试提出相应的预控方案。
关键词：操作箱；电阻；接点；继电器
前言
为了保证电力系统的安全、稳定运行，要求准确、可靠地切除发生故障的输电线路和电力设备，一般220 kV及以上电压等级的电力设备和输电线路均配置双套保护，然而各套保护均需通过一台断路器操作箱出口。断路器操作箱对断路器进行辅助操作，监视断路器运行状态，从而实现保护装置与断路器的联系和配合。断路器操作箱性能的好坏，直接影响着保护的可靠动作，因此断路器操作箱的合理设计具有重要意义。
1 现场情况
1.1 一次接线及相关保护配置
缺陷发生在220 kV某变电站232断路器间隔，变电站一次接线方式为内桥接线。操作机构为具有两个跳闸线圈和一个合闸线圈的断路器机构，断路器操作箱装置型号为国电南自FCX-12HP。
1.2 FCX-12HP断路器操作箱缺陷情况
FCX-12HP采用插件机箱结构型式，保护定检对其插件进行外观检查时发现12号分板手跳回路部分有严重灼烧痕迹，现场测试手分手合功能正常。对换下来的插件进一步检查时发现有2个元器件灼烧痕迹明显，其中烧糊继电器的常开接点有粘死现象，线圈也已经烧断。
1.3 FCX-12HP断路器操作箱12号分板功能简介
12号分板主要是手动跳闸继电器（STJ）、三相跳闸继电器（1TJQ、1TJR、2TJQ、2TJR）的功能插件，原理图见图1。
STJ的线圈由KK控制开关启动励磁，其接点分别接入两组跳闸回路的A相、B相、C相，完成手动跳闸，同时送出必要的配合接点。
1TJQ、2TJQ由允许重合闸的保护开出接点启动，其接点分别接入两组跳闸回路的A相、B相、C相，完成三相跳闸，同时送出必要的配合接点。
1TJR、2TJR由不允许重合闸的保护开出接点启动，其接点分别接入两组跳闸回路的A相、B相、C相，完成三相跳闸，同时送出必要的配合接点。
在1TJR的启动端与STJ的启动端之间接入两个正向二极管，当1TJR动作时也启动STJ，实现STJ作为1TJR的后备。STJ作为1TJR的后备时，STJ动作略带延时，以保证跳闸动作信号的正确。
12分板插件原理图见图2。经对比分析，灼烧的元件是R9电阻和SJ继电器，都处在手跳回路中。
R9电阻的作用。根据国家电网公司2005年发布的《十八项重大反事故措施》（试行）继电保护专业重点实施要求，所有涉及直接跳闸的重要回路其动作功率不低于5W，R9电阻的作用是增加回路动作功率，提高回路抗干扰能力。
SJ继电器的作用。经仔细分析以及厂家确认，SJ继电器在这代插件上没有使用，这也解释了为什么SJ继电器的线圈和接点都烧坏，手分手合未受影响的疑问。
2 缺陷分析
2.1 外观检查及分析
通过对12号分板外观检查及对SJ继电器进行拆解，发现SJ本身并不是发热体，而是R9电阻发热，把SJ继电器外壳烧伤。外壳受热变形挤压SJ接点，导致SJ接点出现粘死，继电器线圈也烧断。此分析与现场勘查情况相吻合。
2.2 R9电阻性能简介
R9电阻是一颗额定功率为8 W、阻值为2 kΩ的水泥电阻。水泥电阻的外侧主要是陶瓷材质，其主要成分为：氧化铝（Al2O3），俗称刚玉瓷。
2.3 R9电阻发热量分析
R9阻值为2 kΩ，当手跳继通电时，如12号分板电原理图（图2）所示，C2与A36之间的电压是直流220 V，计算R9实际功率如下：
如上所述，R9为水泥电阻，其外壳主要成分为：氧化铝（Al2O3），氧化铝的比热容为600 J/（kg ℃）。用天平称得R9电阻的重量为7g，由此可以计算持续导电10 s产生的242 J热量可以使R9电阻产生的温度变化为
为了进一步验证R9电阻发热情况，笔者在温度为24 ℃的开放空间对R9电阻两端加220 V直流电。
如图3所示，当对R9电阻通电10 s，电阻温度由24.4 ℃上升为69.4 ℃。考虑到实验空间是一个开放的低温空间，非常利于电阻散热。而R9电阻实际运行在密闭的操作箱里，实际环境温度相对更高，散热性也更差，所以实际情况下的R9电阻发热更为严重，在短时间内就能烧毁相邻继电器外壳。
3 引发缺陷的原因
3.1 手跳操作失误可能引发
R9电阻位于手跳回路，当进行手跳操作的时候有电流通过R9电阻，如果操作时间过长或者短时间频繁手跳，会造成R9电阻堆积大量的热，烧毁相邻SJ继电器。
3.2 主变非电量保护动作可能引发
缺陷所在变电站的一次接线方式为内桥接线。#2主变非电量保护动作需切除缺陷所在间隔断路器，所以#2主变的非电量跳闸出口并联接在该断路器操作箱的手跳继电器（STJ）回路上，当重瓦斯保护动作时，油流冲击挡板，使接点闭合，手跳继（STJ）回路导通，R9电阻有电流流过。由于冲击挡板的油流不能立即退回，所以重瓦斯保护动作一般不会马上返回，动作持续时间长，就使得该STJ回路保持导通，R9电阻持续发热，引发烧毁SJ继电器的缺陷。
3.3 TJR永跳动作可能引发
如图4所示，在1TJR继电器的启动端与STJ继电器的启动端之间接入两个正向二极管，当1TJR动作时，略带延时后也启动STJ，实现STJ作为1TJR的后备。
因此存在这样的可能性，检修人员校验保护逻辑或者做传动实验，当做出不启动重合闸永跳动作时，没有及时停止继电保护实验仪输出量，模拟的故障电流持续加入到保护装置，动作未及时返回，STJ作为TJR的后备也一直处于带电吸合状态。此时的手跳继（STJ）回路保持导通，R9电阻持续有电流流过。当这样的状况保持数十秒，或者检修人员反复的做永跳实验，引发R9电阻发热过高，烧坏相邻继电器。
4 预控建议
虽然本次缺陷没有影响到保护装置正常功能，未造成直接后果，但确实存在安全隐患。假设由于相邻电阻发热，被烧坏的继电器是跳闸保持继电器（TBJ）、合闸保持继电器（HBJ）等至关重要的元件，外壳受热变形挤压常开接点使其粘死或者无法闭合，就会引发断路器误动或拒动事故，后果将非常严重。国电南自FCX-12HP断路器操作箱属于主流设备，在220 kV及以上电压等级变电站内较为常见，有必要辨识类似风险并加以管控。
为了控制缺陷，防止事故发生，笔者试提出以下几点建议。
1、管理方面：在作业指导书“外观检查”项目的要求中，增加“电阻与其他元器件应有间隙”一条，确保施工、检修人员在安装、更换插件时进行检查，使电阻与其他元器件没有直接接触。
2、技术方面：在PCB板设计、制作环节，要充分考虑元件发热问题，对于类似电阻这样的高发热元件，对其位置的布置要慎重考虑，同类元件集中布置，元件之间的间隙要足够，从设计环节控制风险。
结束语
通过对FCX-12HP型断路器操作箱内部回路进行理论分析以及模拟实验，发现继电器元件烧坏是由相邻电阻发热所引起。对相邻电阻进行成分分析、功率计算后，再通过实验佐证了理论分析的正确性，进一步证实了引发元件烧坏的真实原因。通过提出预控方案，可以一定程度避免类似缺陷的发生，有利于提高电网供电可靠性。
参考文献：
[1]毛锦庆. 电力系统继电保护实用技术问答（第二版）[M]. 北京：中国电力出版社，1999，11.
[2]钟泽章. FCX-12HP分相操作箱说明书. 国电南京自动化股份有限公司，2002.
[3]国家电力调度通信中心. 国家电网公司十八项电网重大反事故措施（试行）继电保护专业重点实施要求. 国家电网，2005.
论文作者:许航达
论文发表刊物:《电力设备》2017年第1期
论文发表时间:2017/3/9
标签：电阻论文; 断路器论文; 继电器论文; 接点论文; 操作论文; 回路论文; 缺陷论文; 《电力设备》2017年第1期论文;