摘要：高压直流刀闸是特高压换流站直流场的重要组成设备，其动作可靠性对换流站的安全稳定运行至关重要。本文通过对一起特高压换流站高压直流刀闸异常动作的分析，结合高压直流刀闸的动作原理，提出特高压换流站高压直流刀闸异常动作排查思路及建议。
关键词：特高压；高压直流刀闸；动作原理
引言：在某特高压换流站停电检修期间，检修人员就地电动操作直流场800kV极1转换母线刀闸08121进行合闸，刀闸在正常合闸过程中，动触头合闸运动到距离静触头还有30cm左右时，刀闸电机停转且刀闸暂停合闸（该现象持续2—3s），随后刀闸电机自动继续转动带动刀闸进行合闸，在整个刀闸合闸期间刀闸合闸继电器K1始终保持在励磁状态，该刀闸在电动分闸过程中无异常现象。现场检查发现导致刀闸电动合闸异常的原因为刀闸电机回路存在断线，将断线处理后刀闸能够正常操作。本文根据高压直流刀闸二次回路原理，结合二次回路元器件的功能作用，查找到故障点，分析了高压直流刀闸异常动作的原因，提出高压直流刀闸异常动作排查思路及设备运维建议。
1.刀闸电机工作原理
某站直流场800kV刀闸为国外进口设备，生产厂家为德国SIEMENS，其控制电源及电机电源均为DC 220V直流电源。该类型刀闸与常规刀闸相比，其控制回路原理及功能相似，区别主要是刀闸电机回路及功能，下面介绍该类型刀闸电机回路及功能。
应用在该刀闸电机回路上的主要元器件有：单相桥式整流器V1、复合驱动电机M1、电机控制继电器K10、电机电压监控继电器K3、电阻R10（47.0Ω）、位置辅助开关S1及S100、手动操作位置开关S2、电机控制多功能继电器T1、电机保护热继电器F1、合闸继电器K1、分闸继电器K2。
图1单相桥式整流器V1工作回路
图2继电器T1、K3、K10工作回路
图3刀闸电机控制回路
图4刀闸位置辅助开关S1辅助接点通断与刀闸位置关系
其中主要元器件功能为：单相桥式整流器V1的功能是保证复合驱动电机M1在交直流电源作用下均能正常工作；当刀闸处于分闸位置时，刀闸动触头与静触头之间的夹角为45°，电机控制继电器K10的功能是在刀闸动触头运动到与静触头夹角达到10°时，位置辅助开关S100：25—26端子闭合，将电机控制多功能继电器T1励磁从而使T1：15—16端子断开，进而使电机控制继电器K10失磁断开K10：1—2端子，实现电机回路切换，使R10串入电机线圈回路内，使刀闸转速降低，从而使刀闸具有更强的合闸动力；位置辅助开关S1的功能是在刀闸操作到动静触头之间夹角为10°时，辅助开关S1:180—189端子闭合，自动接入复合驱动电机M1的另一组线圈，增大复合驱动电机M1的输出功率，从图3可知，仅在刀闸进行合闸操作时需要切换电机回路将电阻R10串入电机线圈回路内，而刀闸分闸操作时不需要串入R10电阻；电机保护热继电器F1的功能是在出现电机过载时间超过设定值时自动将电机回路断开，保护电机的安全；手动操作位置开关S2的功能是在手动操作刀闸分合闸时断开电机回路，防止电机电动操作造成人员损伤；电机电压监控继电器K3的功能是监视电机回路电压，在电机回路电压异常时断开电机控制回路。
2.故障排查情况
根据故障现象结合刀闸控制回路可知，刀闸能够正常进行电动分、合闸操作，因此排除刀闸控制回路存在问题的可能性，检修人员初步判定刀闸电机回路内存在故障点，导致导致操作过程中出现停顿，随后开始对刀闸电机回路内主要元器件逐一进行排查。
由于刀闸操作过程中合闸继电器K1始终保持励磁状态，而刀闸操作过程中电机保护热继电器F1、手动操作位置开关S2未动作，且刀闸最终能够顺利完成，因此可初步排除合闸继电器K1、电机保护热继电器F1、手动操作位置开关S2故障的可能性。随后检修人员在不断开刀闸控制电源的情况下，采用节点电压法逐段对刀闸电机回路进行排查。
由于刀闸操作异常仅出现在合闸操作过程，因此重点对刀闸合闸回路进行检查，在刀闸由分位操作至合闸的过程测量各点电位，在异常现象出现之前，各点所测量电位均正常，当刀闸操作至出现停顿的时候，K1继电器保持励磁，测量发现R10电阻两端电位异常，正常情况下R10电阻两端对地电位均应为正电，且应有较小的电压降，而实际上R10电阻一端有负电位，另一端无正电位，因此怀疑该电阻存在故障并导致刀闸异常动作。
现场将电阻两端电源进线接线解开后测量其电阻值为无穷大（额度电阻为47Ω），由此怀疑R10出现故障，由于R10故障时不影响刀闸的分闸操作，只对合闸操作造成影响，这与故障现象相符。
现场检修人员将R10电阻拆下，检查未发现电阻外观有明显异常，仔细发现电阻两端接线中用收塑胶包裹的部位有一端较软，怀疑电阻接头接线断裂，进一步解开电阻接头收塑胶证实其内部接线断裂，对比电阻拆下之前的位置图片可知，由于机构箱内部安装空间狭小，在电阻安装时出现断裂的接线处于弯折状态，怀疑弯折导致接头接线受损，在刀闸操作过程电机转换时电阻中通过电流会产生热量使接线发热，大量操作刀闸后发热最终使受损接线断裂。现场将接线外部的收塑胶拆除后，直接测量R10电阻两端电阻发现其电阻值为额定值47Ω，说明电阻本身不存在问题，重新制作接头并将电阻接线恢复并安装完毕后，多次操作刀闸分合闸，刀闸均能正常操作，由此可判定导致故障的原因为电阻接线断裂，为了避免电阻接线日后再次断裂，重新制作后的R10电阻端子接线在安装时没有进行弯折。
3.总结及运维建议
通过本次故障排查可知，该刀闸机构箱内其他元器件均正常，在刀闸进行合闸操作时，在异常现象出现之前回路各点电位均正常，这种情况下对故障进行排查的难度比较大，K10继电器仅在刀闸合闸操作过程电机切换时出现短暂失磁，短暂的失磁后K10继电器又恢复励磁，因此在刀闸控制电源存在情况下，若采用节点电压法进行故障排查，由于R10电阻只有在K10继电器失磁时才串入回路，如果在K10继电器失磁这段时间内未能成功锁定故障点，将错失确定故障点的时机，因为当K10继电器励磁情况下，K10:1—2端子闭合，将R10电阻短路，此时将无法发现R10端子接线断裂。
以往检修针对刀闸操作异常的排查大多在操作结束之后进行，而忽略操作过程中的跟踪检查，故今后在故障排查时，应特别注意分别对操作过程中元器件状态改变前后，特别是继电器励磁前后的回路进行故障排查，同时利用不同排查方法相结合的形式确定故障点，如本次故障检查中利用节点电压法结合回路电阻法最终锁定故障部位。
作者简介:
陆昶安（1987-），男，广西来宾人，工程师，研究方向：从事变电设备运维工作。
论文作者:陆昶安
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/8
标签：回路论文; 电机论文; 电阻论文; 继电器论文; 操作论文; 接线论文; 故障论文; 《电力设备》2019年第6期论文;