ZN5型真空斷路器使用末期維護及故障處理

艾紅麗，李訓(xùn)強，劉軍

(中石化集團勝利石油管理局電力管理總公司，山東 東營 257000)

1 引言

ZN5型真空斷路器自上世紀八十年代初期，在勝利油田電網(wǎng)6kV系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，占到6kV開關(guān)總數(shù)的80%，是6kV電力系統(tǒng)主要開關(guān)電器，為油田電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行起到重要作用。隨著運行時間的延長，ZN5型真空斷路器逐漸進入故障發(fā)展浴盆曲線上升沿，進入故障高發(fā)期，如圖1所示。隨著油田電網(wǎng)的升級改造，ZN5型真空斷路器正在逐步退出歷史舞臺，但是針對ZN5型真空斷路器使用末期故障特點進行統(tǒng)計分析，制定針對性的檢修維護對策，提高檢修維護質(zhì)量，保證ZN5型真空斷路器使用末期的安全運行具有很大的現(xiàn)實意義。

圖1 2009年－2011年ZN5型真空斷路器故障曲線圖

2 ZN5型真空斷路器動作原理

ZN5型真空斷路器動作原理:操作機構(gòu)采用抬杠式結(jié)構(gòu)，如圖2所示。斷路器處于分閘位置時抬杠下滾輪被下?lián)醋涌鬯溃蠐醋哟蜷_，當合閘線圈通電，合閘鐵心通過拉桿帶動抬杠以下?lián)醋訛橹行霓D(zhuǎn)動，抬杠中心的長槽孔與主軸搖臂通過軸銷相連，當抬杠轉(zhuǎn)動時，帶動主軸轉(zhuǎn)動，主軸另外三對搖臂通過絕緣子帶動滅弧室導(dǎo)電桿向上運動，使斷路器合閘，主軸同時帶動分閘彈簧儲能。當主軸合閘運動到終點時，上摯子在拉簧作用下迅速返回扣住抬杠上端滾輪，將機構(gòu)保持在合閘位置，如圖3所示。同時主軸帶動輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換切斷合閘電源。

圖2 ZN5型真空斷路器操作機構(gòu)(分閘狀態(tài))

圖3 合閘狀態(tài)

圖4 自由脫扣狀態(tài)

分閘時，分閘電磁鐵帶電動作，分閘鐵心通過分閘搖臂帶動下?lián)醋愚D(zhuǎn)動，抬杠下滾輪失去支撐，主軸在分閘彈簧作用下迅速反轉(zhuǎn)，通過搖臂和絕緣子帶動導(dǎo)電桿分閘，在分閘瞬間下?lián)醋哟蜷_時，抬杠以上摯子為中心轉(zhuǎn)動，同時上摯子又被限位滾輪頂開，在復(fù)位彈簧作用下，抬杠繞主軸搖臂軸銷轉(zhuǎn)動，分閘終了，抬杠下部軸銷在弧形槽中運動，在復(fù)位彈簧作用下，下滾輪重新被下?lián)醋涌圩。蠐醋哟蜷_，操作機構(gòu)處于分閘狀態(tài)(圖2)，同時主軸帶動輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換切斷分閘電源，分閘過程結(jié)束。

在合閘過程中，若遇外部故障，分閘電磁鐵動作，下?lián)醋哟蜷_，抬杠失去支撐，在合閘過程中的任何位置下?lián)醋哟蜷_，主軸即可迅速反轉(zhuǎn)分閘，合閘電磁鐵合空，達到自由脫扣的目的，如圖4所示。

3 ZN5型真空斷路器故障統(tǒng)計、分析

由圖5及表1可以看出，斷路器故障逐年增多，拒動故障占到ZN5型真空斷路器故障總數(shù)的47.49%，接頭發(fā)熱占37.14%，二次回路故障占8.57%，滅弧室故障占6.8%。其中拒動故障中由于繼電保護故障所導(dǎo)致的拒跳、拒合故障共有5次，操作電源電壓低2次，其余主要是由于分閘動作電壓調(diào)整不當或機械故障所致。通過我們對ZN5型真空斷路器動作原理進行的分析，找出分閘動作電壓調(diào)整不當和發(fā)生機械故障的原因，制定相應(yīng)對策。

圖5 ZN5型真空斷路器2009－2011年故障統(tǒng)計排列圖

表1 2009－2011年故障統(tǒng)計表

3.1 ZN5型真空斷路器分閘動作電壓影響因素

(1)抬杠下滾輪與下?lián)醋拥目廴肷疃?

(2)分閘電磁鐵的電磁力;

(3)分閘鐵心的空行程和沖擊行程的影響;

(4)機械卡澀。

通過對ZN5型真空斷路器動作原理的分析和總結(jié)多年的檢修經(jīng)驗，ZN5型斷路器分閘動作電壓，當分閘電磁鐵的電磁力一定時主要取決于抬杠下滾輪與下?lián)醋拥呐浜?。下滾輪與軸銷間是滾針軸承，如圖6所示。通常斷路器分閘動作電壓的調(diào)整主要是通過調(diào)整螺釘改變下?lián)醋涌廴肷疃葘崿F(xiàn)，長期運行后下?lián)醋佣瞬磕p，檢修時單純調(diào)整下?lián)醋涌廴肷疃雀淖兲l動作電壓，將導(dǎo)致斷路器處于不穩(wěn)定狀態(tài)，合跳幾次后動作電壓產(chǎn)生很大變化。一是下?lián)醋哟蚧瑢?dǎo)致斷路器拒合，二是動作電壓升高導(dǎo)致斷路器拒跳，這都是我們不希望的結(jié)果。因此，在檢修時正確調(diào)整分閘動作電壓尤為重要。

圖6 下?lián)醋优c下滾輪配合

3.2 ZN5型真空斷路器發(fā)熱故障分析

導(dǎo)電回路承擔著一次電流通過的重要作用，接頭發(fā)熱一方面影響載流導(dǎo)體的載流能力，另一方面使絕緣體過熱發(fā)生絕緣故障。由表1可以看出，斷路器發(fā)熱故障占到ZN5型真空斷路器故障總數(shù)的37.14%，是ZN5型真空斷路器的主要故障。

其故障原因主要有:

(1)真空斷路器本體的導(dǎo)電部分材料為紫銅，電網(wǎng)中一次主導(dǎo)電回路的材質(zhì)多數(shù)用的是鋁排，銅材質(zhì)和鋁材質(zhì)的直接接觸，由于兩種材質(zhì)不同，會產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，使接觸面發(fā)生氧化;

(2)ZN5型斷路器應(yīng)用較早，接頭處使用工業(yè)凡士林作為防護材料，夏季高溫導(dǎo)致凡士林融化導(dǎo)致接觸面氧化發(fā)熱;

(3)由于電網(wǎng)升級改造，運行方式發(fā)生變化，導(dǎo)致部分開關(guān)電流增大導(dǎo)致接頭發(fā)熱。

3.3 ZN5型真空斷路器二次回路故障分析

(1)二次線松脫，接觸不良;

(2)輔助開關(guān)調(diào)整不當導(dǎo)致斷路器跳躍;

(3)輔助開關(guān)觸點氧化，接觸不良。

4 解決措施

4.1 拒動故障的檢修要點和預(yù)防措施

(1)分閘搖臂的檢查。分閘搖臂是連接跳閘鐵芯和斷路器下?lián)醋拥牟考?，實現(xiàn)斷路器可靠分閘的傳動系統(tǒng)。分閘搖臂檢修時，在按下分閘按鈕到底時，下?lián)醋討?yīng)可靠打開。松開分閘按鈕，分閘搖臂在下?lián)醋訌椈珊头珠l搖臂彈片的作用下，應(yīng)該可靠返回到初始狀態(tài)。分閘搖臂的檢修同時，檢查分閘鐵心動作情況，應(yīng)動作靈活無卡澀現(xiàn)象。分閘鐵心的行程分為空行程和沖擊行程兩部分，在檢查時應(yīng)確保在分閘鐵心空行程時搖臂復(fù)位彈片能帶動搖臂和鐵心可靠復(fù)位。應(yīng)仔細檢查分閘搖臂彈片是否出現(xiàn)彈性失去或降低，如果分閘搖臂不能完全返回，應(yīng)調(diào)整或更換分閘搖臂復(fù)位彈片。

(2)自由脫扣的檢查。斷路器的自由脫扣是保障斷路器合于故障線路時，能快速實現(xiàn)分閘的能力。檢查方法是一手按下分閘按鈕，一手用合閘棒進行合閘，斷路器不應(yīng)能合閘，且無卡滯現(xiàn)象。另一種方法是用合閘棒進行合閘，在合閘過程中，按下分閘按鈕，斷路器應(yīng)快速分閘，此方法容易造成檢修人員身體失去平衡，不宜采用這種方法。

(3)跳閘動作電壓試驗。真空斷路器的動作電壓是保證斷路器可靠跳閘的重要數(shù)據(jù)，檢修規(guī)程要求真空斷路器的動作電壓標準是在30% ～65%Ue，油田電網(wǎng)主要采用220V直流系統(tǒng)，因此跳閘動作電壓在66V－143V之間。實驗時應(yīng)有載加壓，在加66V電壓時連續(xù)沖擊3次，斷路器不得分閘，在143V時斷路器應(yīng)可靠分閘，并連續(xù)試驗3次，每次都要可靠分閘。由于分閘鐵心有空行程，氣隙磁阻很大，在66V電壓沖擊時電磁吸力很小，對下?lián)醋有尾怀蓻_擊力，無法檢查下?lián)醋优c抬杠下滾輪扣接情況，因此實際工作中將沖擊動作電壓提高為40%Ue(90V)進行沖擊，這樣可以直接檢查下?lián)醋优c滾輪扣接情況，然后以10V的電壓梯度加壓(不超過143V)，直至斷路器可靠分閘，然后在此電壓下連續(xù)實驗3次，每次均應(yīng)可靠分閘。

跳閘動作電壓調(diào)整。當分閘動作電壓低于額定值時，可通過調(diào)整下?lián)醋舆M行調(diào)解，動作電壓低將調(diào)整螺釘向外擰，使下?lián)醋酉蛏献?，增加下?lián)醋涌廴肷疃?，動作電壓升高。若分閘動作電壓高于額定值則應(yīng)綜合考慮，不能僅僅通過將調(diào)整螺釘向里擰，改變下?lián)醋涌廴肷疃日{(diào)整。應(yīng)首先調(diào)整分閘鐵心，使分閘電磁鐵具有最大的電磁力，在分閘按鈕到底時，保證下?lián)醋幽芸煽看蜷_的情況下，調(diào)整分閘鐵心在調(diào)節(jié)連桿內(nèi)擰入深度，減小氣隙磁阻，使分閘電磁鐵具有最大的電磁吸力。然后再通過改變下?lián)醋拥目廴肷疃?，將分閘動作電壓調(diào)整在合格范圍內(nèi)。在調(diào)整時且不可一下子將下?lián)醋诱{(diào)的過死，如果調(diào)的過死，不能手動硬分閘，必須用螺絲刀從分閘搖臂的槽中把合閘摯子向上挑開，使抬杠一頭失去平衡而立即分閘，強行分閘有可能將下?lián)醋訅簭潯?/p>

4.2 發(fā)熱故障的檢查與處理

發(fā)熱故障現(xiàn)有的檢查方式主要依靠試溫蠟片和紅外線測溫儀相結(jié)合的方法，在檢修時對斷路器進行直流電阻測試也有助于發(fā)現(xiàn)和處理發(fā)熱缺陷。處理發(fā)熱缺陷必須打開接觸面進行檢查，發(fā)現(xiàn)有氧化現(xiàn)象的用砂紙進行處理，并正確涂抹導(dǎo)電膏進行防護。日常缺陷處理不應(yīng)只處理發(fā)熱部位，對于同一回路，某相發(fā)熱雖未超過規(guī)定值(80℃)，但明顯高于其他接頭溫度的接觸面也要同時檢查處理，以減少發(fā)熱故障的發(fā)生。

4.3 二次回路檢修和故障處理

ZN5型斷路器二次回路引線多由端子排引出，由于端子排位于開關(guān)側(cè)面與開關(guān)柜間隙很小在檢修時往往被忽略，日久天長容易松脫，導(dǎo)致接觸不良，檢修時應(yīng)重點檢查。

ZN5型斷路器使用的很多是壓接式輔助開關(guān)，這種型號的輔助開關(guān)，自潔能力差，在長時間暴露在空氣中時，輔助開關(guān)的觸頭之間會出現(xiàn)氧化層，并且灰塵落在觸頭之間造成接觸不良。在檢修時必須對輔助開關(guān)的觸頭進行處理，應(yīng)該用鹿皮進行觸頭氧化層的打磨，不得使用砂紙，因為輔助開關(guān)的觸頭表面鍍了一層銀，用砂紙打磨會將表面的鍍銀層抹掉，影響導(dǎo)電性能。輔助開關(guān)的觸頭應(yīng)無嚴重燒傷現(xiàn)象，否則必須更換，以保證可靠的斷路器分合閘。檢查輔助開關(guān)的觸頭彈簧應(yīng)無變形，彈性良好，分合閘時檢查輔助開關(guān)的超行程要大于1.5mm，以保證可靠的導(dǎo)電。

輔助開關(guān)的調(diào)整，壓接式輔助開關(guān)，斷路器處于合閘位置，將輔助開關(guān)固定螺栓松開，向上移動，當跳閘輔助接點接通后，再向上移動1.5mm，將輔助開關(guān)固定即可。轉(zhuǎn)換式F系列輔助開關(guān)，調(diào)整時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整連接拉桿長度和耦合盤的連接角度，使輔助開關(guān)切換可靠，接觸良好。

4.4 滅弧室的檢修

真空滅弧室是真空斷路器的核心，承擔著分合電路的作用，隨著運行時間的延長故障幾率增加，在檢修時應(yīng)重點檢查真空滅弧室的玻璃外殼，應(yīng)光亮，無發(fā)白、飛濺物等，內(nèi)部屏蔽罩應(yīng)光亮，金屬件光澤鮮艷，無發(fā)污、變色跡象，各零部件無斷裂松動現(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)真空滅弧室出現(xiàn)異常顏色，應(yīng)進行耐壓試驗，用2500VMΩ表搖測主回路對地絕緣應(yīng)大于500MΩ，然后對真空滅弧室進行耐壓試驗，標準是大修時38kV一分鐘不擊穿，如果耐壓合格，可以繼續(xù)使用，否則必須更換。運行中如果發(fā)現(xiàn)真空滅弧室內(nèi)壁有紅色、乳白色輝光、明顯放電聲音，說明真空滅弧室的真空度下降，必須更換真空滅弧室。

5 結(jié)語

針對ZN5型真空斷路器使用末期的特點，在檢修時要本著精細檢修、重點修的原則，不遺漏任何檢修的項目，熟練掌握斷路器的檢修標準和檢修工藝，才能在工作中提高檢修質(zhì)量，保證斷路器的可靠運行。在故障處理時，少走彎路，減少線路非正常停電時間，為電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行服務(wù)。

［1］ 王季梅，吳維忠，魏一鈞，劉文進.真空開關(guān)［M］.機械工業(yè)出版社，1983年9月.

［2］ 苑舜.真空斷路器操動機構(gòu)的設(shè)計與優(yōu)化［M］.中國電力出版社，1997年8月.