高壓開(kāi)關(guān)柜分閘線圈燒毀原因及解決措施

白斯宇，胡成志，彭思潔，吳甜甜

（中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院，四川成都 610041）

0 引言

某廠區(qū)35 kV 變電站6 kV 開(kāi)關(guān)柜室共有31 臺(tái)開(kāi)關(guān)柜，均配置真空斷路器。在多年運(yùn)行中，多次出現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜分閘線圈燒毀情況，引起斷路器分閘失敗。分閘線圈是斷路器重要組成部分，其故障會(huì)直接導(dǎo)致斷路器分閘失敗，當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，若斷路器因分閘線圈問(wèn)題而拒動(dòng)，極有可能導(dǎo)致設(shè)備燒毀，甚至引發(fā)火災(zāi)，或是引起越級(jí)跳閘引發(fā)大面積停電，以致重要負(fù)荷斷電，造成人員傷亡。根據(jù)廠區(qū)變電站6 kV 開(kāi)關(guān)柜檢修經(jīng)驗(yàn)，分析總結(jié)分閘線圈燒毀原因及解決措施[1-2]。

1 分閘回路工作原理

分閘回路如圖1 所示，其中，+SM、+KM、-KM 是直流電源；1RD 和2RD 是熔斷器；TBJ 是防跳繼電器；KK 是旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)；DL1和DL2 是輔助觸點(diǎn)；TQ 是分閘線圈。在斷路器合閘情況下，DL2為閉合狀態(tài)。當(dāng)就地按下分閘按鈕、遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)動(dòng)KK 把手連通6、7位置或保護(hù)回路發(fā)出分閘指令時(shí)，分閘回路被接通，防跳繼電器的電流線圈TBJ（I）受電，觸點(diǎn)TBJ3 閉合，分閘回路進(jìn)入自保持狀態(tài)。TQ 通電，其內(nèi)部空間會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，鐵芯在磁場(chǎng)內(nèi)受到電磁力作用而發(fā)生位移，帶動(dòng)斷路器內(nèi)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)斷路器的分閘。斷路器分閘后，DL2 回到斷開(kāi)狀態(tài)，從而分閘回路斷電，分閘過(guò)程如圖2 所示。

圖1 分閘回路接線

圖2 分閘流程

2 分閘線圈燒毀原因分析

上述分閘過(guò)程中，分閘回路從接通到斷開(kāi)的時(shí)間不到1 s，而且在對(duì)鐵芯的作用過(guò)程中，其大部分電能轉(zhuǎn)換為鐵芯動(dòng)能，只有少量電能以熱量形式在線圈中消耗。因此，分閘線圈是按短時(shí)通電設(shè)計(jì)。線圈中電熱轉(zhuǎn)換公式Q=I2Rt，其中，Q 是線圈中產(chǎn)生的熱量，I 是線圈中的電流值，R 是線圈電阻值，t 是線圈通電時(shí)間。R 與I 近似為常量，則Q 與t 成正比。若分閘回路因某種原因未能及時(shí)切斷，則Q 會(huì)持續(xù)增加，直到分閘線圈被燒毀，這一過(guò)程一般不到10 s。在分閘回路工作原理中可以看到，決定分閘回路通斷的開(kāi)關(guān)是TBJ 和DL，TBJ 為自保持開(kāi)關(guān)，一旦通電之后不會(huì)主動(dòng)斷開(kāi)，切斷回路只能依靠DL 的動(dòng)作來(lái)完成，其能否正確動(dòng)作是問(wèn)題的關(guān)鍵。DL 的動(dòng)作由一連串事件的結(jié)果決定，如圖2 所示，從TBJ（I）線圈通電，使分閘回路自保持開(kāi)始之后的每一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都有可能導(dǎo)致線圈被燒毀。2012—2016 年故障原因次數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。結(jié)合實(shí)際檢修有以下幾種原因。

（1）直流母線電壓降低。當(dāng)直流母線電壓降低，分閘線圈電流則偏小，從而分閘線圈對(duì)鐵芯的電磁力不足以頂開(kāi)脫扣機(jī)構(gòu)，分閘失敗，線圈燒毀。這種情況下測(cè)量直流母線電壓，一般低于75%額定電壓。

（2）分閘回路電阻偏大。分閘線圈回路絕緣降低，或是控制回路線徑過(guò)小造成電阻偏大，使得分閘控制回路電壓降較大，同樣導(dǎo)致分閘線圈兩端電壓達(dá)不到使鐵芯有效動(dòng)作的值，使得分閘線圈長(zhǎng)時(shí)間帶電燒毀。

（3）分閘線圈鐵芯位置不當(dāng)。線圈松動(dòng)，造成斷路器分閘時(shí)電磁鐵位移，使鐵芯卡澀，或因鐵芯活動(dòng)行程短，當(dāng)接通分閘回路電源時(shí)，鐵芯頂不開(kāi)脫扣機(jī)構(gòu)，使得線圈長(zhǎng)時(shí)間通電而燒毀。

（4）高壓斷路器拒分?？刂苹芈氛r(shí)，高壓斷路器出現(xiàn)拒分的故障均為連桿機(jī)構(gòu)問(wèn)題，如頂點(diǎn)調(diào)整不當(dāng)，使斷路器分閘鐵芯頂桿的力度不能使機(jī)構(gòu)及時(shí)脫扣，或因防護(hù)閉鎖機(jī)構(gòu)未動(dòng)作，致使線圈過(guò)載，造成分閘線圈燒毀。

（5）輔助開(kāi)關(guān)分閘狀態(tài)的行程調(diào)整不當(dāng)。斷路器處于分閘狀態(tài)時(shí)，應(yīng)調(diào)整輔助開(kāi)關(guān)使其在分閘狀態(tài)的行程范圍內(nèi)。然而，在調(diào)整斷路器開(kāi)距和超行程等參數(shù)時(shí)，斷路器分閘的初始狀態(tài)未做相應(yīng)調(diào)整，導(dǎo)致輔助開(kāi)關(guān)不能正常切換分閘回路，使分閘線圈燒毀。

表1 分閘線圈燒毀原因次數(shù)統(tǒng)計(jì)

3 解決措施

（1）針對(duì)直流電壓偏低的情況，運(yùn)行人員在值班巡視過(guò)程中注意觀察直流母線電壓。若低于90%額定電壓，應(yīng)及時(shí)報(bào)告上級(jí)，檢修班組及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)檢查直流電源系統(tǒng)。

（2）對(duì)于分閘回路電阻偏大，在開(kāi)關(guān)柜預(yù)防性維修中測(cè)量分閘線圈的直流電阻及絕緣電阻。若直流電阻值高于出廠值的10%，應(yīng)立即更換，若絕緣電阻值偏低，同樣予以更換。

（3）預(yù)防性維修時(shí)固定好分閘線圈，注意檢查分閘線圈的鐵芯位置是否適當(dāng)、有無(wú)卡澀，調(diào)整鐵芯行程，使其保持在合適位置。

（4）在每年檢修工作中，應(yīng)正確調(diào)整好斷路器的連桿機(jī)構(gòu)，經(jīng)常檢查斷路器的自由脫扣是否正常。低電壓動(dòng)作試驗(yàn)時(shí)，是否能在30%～65%的額定電壓可靠跳閘。

（5）將分閘回路的延時(shí)動(dòng)合觸點(diǎn)改接為一對(duì)動(dòng)合觸點(diǎn)，經(jīng)常檢查輔助開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)及輔助開(kāi)關(guān)的拐臂螺絲。正確調(diào)整輔助開(kāi)關(guān)位置，使輔助開(kāi)關(guān)與斷路器分合閘位置正確、有效配合。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行、檢修的經(jīng)驗(yàn)累積，變電站運(yùn)維人員總結(jié)出一套有效的避免分閘線圈燒毀的預(yù)防措施。2017 年下半年至今，變電站內(nèi)未發(fā)生過(guò)分閘線圈燒毀事故，極大提高了系統(tǒng)供電可靠性，保障了科研生產(chǎn)的正常進(jìn)行。