基于分合閘線圈缺陷的斷路器故障分析

葉志偉

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

基于分合閘線圈缺陷的斷路器故障分析

葉志偉

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

根據(jù)分合閘線圈的結(jié)構(gòu)和工作原理，結(jié)合相關(guān)的故障分析總結(jié)出以下幾種情況均可造成分合閘線圈導(dǎo)電時(shí)間過長，發(fā)熱燒損∶一是開關(guān)分合閘線圈直流電阻過低、絕緣性能下降；二是輔助接點(diǎn)位置不當(dāng)和輔助開關(guān)拐臂螺絲松動(dòng)引起的開關(guān)分合閘控制回路發(fā)生故障。

斷路器；分合閘線圈；故障分析

高壓斷路器，不僅可以切斷或閉合高壓電路中的空載電流和負(fù)荷電流，而且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)可通過保護(hù)裝置切斷過負(fù)荷電流和短路電流，它具有相當(dāng)完善的滅弧結(jié)構(gòu)和足夠的斷流能力，是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備。斷路器性能的可靠性很大程度上取決于操作機(jī)構(gòu)的可靠性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，操作機(jī)構(gòu)故障占斷路器總故障發(fā)生比例約為50%，而分合閘線圈是其操動(dòng)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部分，反應(yīng)了其運(yùn)動(dòng)特性。本文介紹了分合閘線圈結(jié)構(gòu)和工作原理，分析斷路器常見典型的分合閘線圈缺陷，提出了合理的檢修建議。

1 分合閘線圈的結(jié)構(gòu)性能和工作原理

分合閘線圈又叫分合閘電磁鐵，是作為斷路器操作的控制元件，主要適用于額定直流電壓為DC110V或DC220V的控制電器中，結(jié)構(gòu)如圖1所示，線圈內(nèi)部采用鐵芯作為推動(dòng)的型式，主要由線圈、動(dòng)鐵芯、安裝底座、復(fù)位彈簧等特定安裝結(jié)構(gòu)有機(jī)的組成。

當(dāng)斷路器進(jìn)行分合閘操作時(shí)，分合閘回路接通，線圈通過勵(lì)磁電流，產(chǎn)生較大電磁場(chǎng)。同時(shí)動(dòng)鐵芯動(dòng)作，撞擊液壓機(jī)構(gòu)的控制閥，閥門打開，使彈簧釋放能量或機(jī)械復(fù)位，實(shí)現(xiàn)分合閘。該過程結(jié)束后，線圈失電，復(fù)位彈簧將拐臂和頂桿推至原位置，直至下一次動(dòng)作。從能量轉(zhuǎn)換來看，其作用就是把電能轉(zhuǎn)換成磁能，通過鐵芯動(dòng)作，再轉(zhuǎn)換成機(jī)械功輸出。

2 分合閘線圈的故障分析

2.1 線圈內(nèi)部存在匝間或?qū)娱g短路

針對(duì)某系列存在系統(tǒng)性缺陷的故障線圈進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在靠近鐵芯的附近幾層，發(fā)現(xiàn)了非常明顯的匝間短路點(diǎn)，短路點(diǎn)附近的漆包線由于高溫作用，表面發(fā)藍(lán)，如圖2所示。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，斷路器分合閘線圈直流電阻下降，基本不影響斷路器動(dòng)作性能。動(dòng)作時(shí)間均合格，斷路器可靠動(dòng)作，但由于線圈直阻下降，通過線圈的電流增大，最終導(dǎo)致線圈燒損。初步判斷造成線圈直流電阻下降是由于線圈制造過程中的絕緣薄弱的所引起。在運(yùn)行過程中，薄弱點(diǎn)受勵(lì)磁電流影響最終受損。在線圈少數(shù)匝間絕緣受到破壞后，直流電阻會(huì)下降，勵(lì)磁電流會(huì)變大，但由于線圈的安匝數(shù)未變化，因此，鐵芯輸出功率幾乎不受影響，斷路器仍然可以動(dòng)作。隨著勵(lì)磁次數(shù)的增加，線圈受損點(diǎn)會(huì)逐漸劣化，導(dǎo)致其他部位出現(xiàn)匝間短路，甚至層間短路，直至線圈燒斷。同時(shí)，線圈的安裝環(huán)境的溫濕度高都會(huì)加快線圈老化，引起絕緣下降。因此，設(shè)備驗(yàn)收時(shí)，嚴(yán)格審查線圈的出廠報(bào)告中，直流電阻測(cè)量、絕緣電阻測(cè)、脈沖試驗(yàn)、負(fù)載試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，日常斷路器維護(hù)時(shí)，嚴(yán)格按照防拒動(dòng)特維的要求，測(cè)試線圈的分合閘動(dòng)作電壓、直流電阻測(cè)試、絕緣等檢查。造成線圈絕緣性能下降的原因除了線圈自身原因之外，還與以下幾點(diǎn)有關(guān)：線圈的安裝位置的溫濕度；線圈所接二次回路的正常運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷電流的大小和動(dòng)作持續(xù)的大電流有關(guān)，即回路中串接的電阻過少有關(guān)；控制系統(tǒng)電源不穩(wěn)定，加載在線圈兩端的電壓過高，導(dǎo)致線圈絕緣擊穿或通過線圈的電流過大，燒毀線圈；輔助開關(guān)接點(diǎn)開斷間隙小，滅弧能力差，切斷電流時(shí)容易引起電弧重燃，延長線圈通過較大電流的時(shí)間，使線圈絕緣性能下降。

2.2 線圈動(dòng)作電壓不正確，造成的誤動(dòng)或拒動(dòng)

高壓斷路器動(dòng)作電壓合格，一方面可以避免當(dāng)二次直流系統(tǒng)在絕緣降低、高阻接地及強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾等情況下，可能在斷路器分合閘線圈兩端引入暫態(tài)直流電壓，引起斷路器誤動(dòng)作；另一方面可以保證二次直流系統(tǒng)容量不足時(shí)斷路器的可靠動(dòng)作。根據(jù)《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程實(shí)施細(xì)則》規(guī)定，操動(dòng)機(jī)構(gòu)分、合閘電磁鐵或合閘接觸器端子上的最低動(dòng)作電壓應(yīng)在操作電壓額定值的30%～65%之間；在使用電磁機(jī)構(gòu)時(shí)，合閘電磁鐵線圈通流時(shí)的端電壓為操作電壓額定值的80%（關(guān)合電流峰值等于及大于50kΑ時(shí)為85%）時(shí)應(yīng)可靠動(dòng)作，并不高于額定操作電壓值的110%。如果線圈動(dòng)作電壓過低，在直流系統(tǒng)絕緣不良，兩點(diǎn)高阻接地的情況下，在分閘線圈或接觸器線圈兩端可能引入一個(gè)數(shù)值不大的直流電壓，當(dāng)線圈動(dòng)作電壓過低時(shí)，會(huì)引起斷路器誤分合閘；如果線圈動(dòng)作電壓過高，則會(huì)因系統(tǒng)故障時(shí)，直流母線電壓降低而拒絕跳閘。因此，在設(shè)備狀態(tài)檢修時(shí)，要檢查記錄好線圈的動(dòng)作電壓是否滿足規(guī)范要求，記錄好線圈的動(dòng)作電壓和直流電阻。分、合閘線圈電阻檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果應(yīng)符合設(shè)備技術(shù)文件要求，沒有明確要求時(shí)，以線圈電阻初值差不超過±5%作為判據(jù)。若不滿足要求，應(yīng)及時(shí)做好相應(yīng)的更換工作或處理措施。

2.3 輔助開關(guān)不能正常變位，線圈長期通電而燒毀

圖3 10kV斷路器機(jī)構(gòu)箱

構(gòu)松動(dòng)脫落，當(dāng)指令要求合閘線圈動(dòng)作時(shí)，銜鐵和輔助摯子之間空隙偏大，使得鐵芯沖不動(dòng)脫扣機(jī)構(gòu)而拒合，合閘線圈動(dòng)作沒有到位。四是傳動(dòng)連桿卡澀，導(dǎo)致斷路器動(dòng)作不到位。機(jī)構(gòu)無法完成合分閘，輔助開關(guān)接點(diǎn)始終接通。在開展?fàn)顟B(tài)檢修，維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，要做好傳動(dòng)部件的清掃及連接部位螺絲緊固檢查、做好適當(dāng)?shù)臐櫥胧?，確保各部件傳動(dòng)正常，位置到位準(zhǔn)確。

3 總結(jié)

分合閘線圈能否正常動(dòng)作，直接影響到斷路器是否能正確分合閘。因此斷路器的防拒動(dòng)檢查至關(guān)重要。斷路器驗(yàn)收和維護(hù)需關(guān)注以下幾點(diǎn)：（1）分合閘線圈選型是否與保護(hù)裝置控制回路相搭配，線圈的出廠試驗(yàn)參數(shù)如線圈絕緣性能、線圈的直流電阻、線圈的動(dòng)作電壓，均應(yīng)滿足技術(shù)規(guī)范的要求。（2）線圈的安裝位置應(yīng)滿足規(guī)避誤碰風(fēng)險(xiǎn)，散熱良好，并且便于檢修人員更換的要求。（3）狀態(tài)檢修時(shí)，做好線圈的性能參數(shù)的測(cè)試記錄分析工作，對(duì)斷路器的操作機(jī)構(gòu)按規(guī)程執(zhí)行機(jī)械特性檢查維護(hù)，調(diào)整檢查輔助開關(guān)應(yīng)切換靈活，接觸良好，確保線圈動(dòng)作可靠。

［1］李勁彬.基于分合閘線圈電流的某換流站開關(guān)故障分析［J］.高壓電器，2015（02）.

［2］王清君.斷路器分閘線圈燒損原因分析及防范措施［J］.工業(yè)技術(shù)，2008.

［3］付煒平.一起高壓斷路器分合閘線圈動(dòng)作電壓不合格問題分析及處理［J］.河北電力技術(shù)，2015（04）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.258