6 kV斷路器分閘拒動原因及解決方法

吳長波

（國能寶清煤電化有限公司，黑龍江 雙鴨山155600）

6 kV真空斷路器正常工作要承受工作電壓和負荷電流，在短路時要切斷短路電流，頻繁的操作、復雜的運行條件以及在制造、安裝、維護保養(yǎng)各環(huán)節(jié)管理不當時，發(fā)生故障的概率就會增加，一旦發(fā)生事故，后果會很嚴重。自2020年以來，先后發(fā)生2起后臺操作遠方發(fā)停止指令，導致6 kV給水泵、循環(huán)水泵電機分閘線圈直接被燒毀，出現(xiàn)斷路器分閘機構(gòu)不能可靠分閘事故。斷路器如不能可靠通過斷路器分閘指令將設(shè)備從電源中切除，存在很大風險，所以要提高6 kV斷路器選型質(zhì)量，更要加強對斷路器的定期檢修和保養(yǎng)，提高斷路器分合閘的可靠性。若上述2起6 kV電動機或電纜在運行中發(fā)生短路接地故障，其保護裝置出口動作跳閘，斷路器不能使分閘脫扣機構(gòu)及時分閘，切斷故障點，短路接地電流勢必會導致越級跳閘，可能會導致上一級6 kV母線段電源中斷，對機組設(shè)備和電網(wǎng)安全運行造成嚴重威脅，存在機組停運的隱患，所以有必要解決這種斷路器不能可靠分閘的這一問題。

1 6 kV真空斷路器彈簧操作機構(gòu)

全廠6 kV斷路器采用直流110 V控制電源，屬于彈簧儲能操作機構(gòu)，彈簧儲能操作機構(gòu)主要由儲能元件、儲能維持機構(gòu)、連板傳動系統(tǒng)、合閘維持、分閘脫扣電磁鐵組成的分閘單元、輔助開關(guān)、指示裝置等部件組成。儲能由電源驅(qū)動電機完成，也可以使用儲能手柄手動完成。分閘通過接通分閘脫扣電磁鐵完成（也可按斷路器前面板“分閘”按鈕），分閘機構(gòu)采用半軸脫扣，脫扣半軸可將分閘掣子鎖住。斷路器機構(gòu)合閘后，在分閘彈簧作用下，分閘掣子鎖在脫扣半軸內(nèi)，分閘或過流脫扣時，分閘電磁鐵線圈得電，動鐵心撞擊推板，推板帶動脫扣支架使脫扣半軸得到一個順時針的轉(zhuǎn)矩，半軸順時針轉(zhuǎn)過一定角度，分閘掣子與脫扣半軸解鎖，由傳動連板拉動主輔助開關(guān)接點完成分斷操作，在分閘過程后段，由液壓緩沖器吸收分閘過程剩余能量并限定分離位置，完成斷路器分閘動作，由連板拉動合/分指示牌顯示出“分”標記，同時拉動計數(shù)器，實現(xiàn)計數(shù)器計數(shù)。這種彈簧機構(gòu)可以非?？煽康剡M行合閘能量儲能，使斷路器隨時有足夠的合閘能量，分閘能量在合閘過程中也同時完成儲能，能量不受外界條件影響，在任何狀態(tài)下，分閘指令一發(fā)出，分閘線圈得電立即執(zhí)行并完成分閘動作[1]。真空斷路器分閘脫扣機構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 真空斷路器分閘脫扣機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

分閘線圈是控制斷路器脫扣分閘動作的關(guān)鍵部件，在現(xiàn)場可通過霍爾元器件電流傳感器檢測分閘線圈在分閘過程線圈流過的電流變化波形，分閘時直流電磁鐵的動鐵心運動會引起線圈電感L值的變化，同時電感會影響線圈電流I變化，在分閘線圈得電到斷電過程中，分閘線圈的電流波形曲線可分為以下4個階段：①動鐵心始動階段T0～T1，即分閘線圈開始通電到動鐵心即將開始運動。在這一階段，動鐵心并沒有運動，線圈電感L為常數(shù)，分閘線圈電流波形呈指數(shù)上升。②動鐵心運動階段T1～T2。在這一階段，動鐵心在電磁力作用下克服重力、彈簧力等阻力開始運動。在這個過程中，分閘線圈電感L值隨動鐵心行程而增加，它在電路中產(chǎn)生的反電勢，消減線圈中電流I的增長，回路中電流下降，下降到最低點H時，動鐵心的速度最大。③動鐵心帶動機械負荷階段T3～T4。在這一階段，動鐵心帶動機械負荷（脫扣機構(gòu)），動鐵心上端撞擊推板，速度降低，分閘線圈電流上升。④分閘機構(gòu)線圈斷電階段T4～T5。這一階段，分閘線圈使斷路器分閘機構(gòu)脫扣，分閘掣子解脫，主軸在分閘彈簧和觸頭彈簧的作用下順時針旋轉(zhuǎn)，帶動導電桿運動使斷路器分閘，斷路器輔助觸點將分閘線圈電流切斷。

經(jīng)過多次試驗，在分閘機構(gòu)、脫扣線圈及其鐵心運動不卡滯和卡滯2種情況下，根據(jù)線圈的電流不同，試驗可得出以下結(jié)論：①在線圈及機構(gòu)正常情況下，一般流過線圈電流通過分閘線圈的電流都較小，分閘機構(gòu)可以使斷路器可靠分閘，切斷電源，圖2是斷路器分閘線圈正常情況下，可靠分閘時的電流曲線；②當動鐵心有卡滯時，線圈中流過的電流會成倍增加，這時圖2中T0～T4時段流過分閘線圈電流將會很大，遠遠大于分閘脫扣線圈銅絲可能承受的額定電流，所以很容易燒斷分閘線圈銅絲。

圖2 正常情況下分閘線圈電流曲線圖[2]

2 斷路器分閘拒動原因

真空斷路器出現(xiàn)不能正常分閘的現(xiàn)象，要分析拒動原因，首先查二次控制回路，在確認控制回路無異常后，再在斷路器上查找，針對拒動的原因進行處理。

斷路器電氣二次控制原理如圖3所示。圖中HWJ和斷路器輔助接點串聯(lián)接入回路中，可判斷脫扣線圈是否斷線及輔助開關(guān)接觸是否良好，當出現(xiàn)線圈及觸點接觸不良時，立即告警提示。斷路器分閘時間是指處于合閘位置的斷路器從分閘脫扣線圈帶電瞬間起到斷路器觸頭分離瞬間為止的時間間隔。

圖3 斷路器電氣二次控制原理圖

以給水泵控制為例，電動給水泵正常運行情況下，操作人員在DCS界面上發(fā)停止運行指令，SOE報“控制回路斷線”，電動給水泵運行電流無變化，泵出口壓力無變化，斷路器分閘不成功。人員就地利用緊急機械分閘，給水泵電機停運。拆開給水泵斷路器前面板，線圈有燒焦氣味，分閘動鐵心被卡住，測量分閘線圈直阻無窮大，判斷分閘線圈已燒毀。

調(diào)取給水泵電機電流、停指令、“控制回路斷線”曲線，發(fā)現(xiàn)停指令與“控制回路斷線”報警曲線基本是重疊的。查看設(shè)計圖紙，發(fā)現(xiàn)斷路器分閘線圈TQ與HWJ繼電器線圈（接線端子5、6）串聯(lián)接到DC110 V回路，當停指令發(fā)出，同時“控制回路斷線”報警，說明分閘線圈銅絲在T0～T4時段燒斷。對拆下來的線圈進行解體檢查，銅絲絕緣層未發(fā)現(xiàn)損傷，在線圈引線處發(fā)現(xiàn)銅絲熔斷、線圈骨架變形。此分閘線圈漆包線線徑0.28 mm，5 800圈，電阻50Ω，額定電流2.2 A。

在斷路器正常分閘過程中，線圈瞬時通電，電流在線圈中產(chǎn)生熱量，正常工作不會引起線圈溫度上升過快，不會導致分閘線圈被燒毀。

經(jīng)檢查給水泵斷路器控制回路沒有異常，給水泵斷路器發(fā)生分閘線圈被燒毀的情況，問題出在斷路器本體上，是由于斷路器出現(xiàn)分閘線圈骨架變形，脫扣機構(gòu)維護保養(yǎng)不當，機構(gòu)卡滯等問題，分閘時動鐵心運動過程中受阻，導致分閘線圈流過的電流成倍增加。有時斷路器輔助接點調(diào)整不當，斷不開直流電弧，使分閘線圈通電時間過長，也會將分閘脫扣線圈燒毀。

假設(shè)本次給水泵電機或6 kV電纜發(fā)生接地或短路故障，斷路器綜合保護裝置保護動作，需要給水泵斷路器立即分閘，但此時分閘脫扣機構(gòu)線圈斷線或輔助開關(guān)接點接觸不良，不能立即從6 kV電源上切除，將會引起越級跳閘事故。

3 彈簧操作機構(gòu)分閘拒動常見故障及調(diào)整方法

3.1 常見故障

常見故障有：①半軸復位扭簧生銹，彈力不足，使半軸不能自行復位，需更換復位扭簧；②推板安裝角度不當或松動，半軸轉(zhuǎn)動不靈活，需調(diào)整推板角度，旋緊螺釘，在半軸轉(zhuǎn)動部位加適量潤滑油。

3.2 分閘機構(gòu)調(diào)整方法

在機構(gòu)合閘位置，分閘掣子與半軸扣結(jié)量要求在1.0～2.9 mm之間，這可通過調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘來實現(xiàn)。分閘機構(gòu)在出廠前已調(diào)整完，一般情況下不需要調(diào)整，若機構(gòu)解體檢修或分閘機構(gòu)出現(xiàn)問題時，則需按上述方法進行調(diào)整。有時為了避免出現(xiàn)斷路器機構(gòu)卡阻現(xiàn)象，需進行斷路器慢分慢合試動作，這需要使用專用合分把手來實現(xiàn)。

4 增加分閘線圈解決分閘機構(gòu)拒動問題

給水泵無法遠方停運是因為分閘線圈被燒毀導致斷路器拒絕分閘。為防止斷路器拒動，可利用脫扣半軸原有預(yù)留的脫扣支架安裝位置，在原有的脫扣半軸桿上再增加一套分閘脫扣支架和分閘電磁鐵，用于過流脫扣分閘，即圖1中虛線代表新增的脫扣支架推板。原脫扣半軸材料的表面強度、硬度和耐磨性滿足增加脫扣支架要求，增加一套分閘脫扣支架不會使脫扣半軸發(fā)生變形，不會影響脫扣機構(gòu)工作的穩(wěn)定性和可靠性。分閘機構(gòu)改進后，需調(diào)整推板上的限位螺釘，使脫扣半軸與分閘掣子之間的扣結(jié)量適中。

新增控制回路如圖4所示。按圖4中將保護裝置CDJ和BHJ的第二個跳閘出口串接到新增的分閘線圈TQ1回路中。正常運行時，遠方或就地停止運行由TQ分閘線圈實現(xiàn)，當有過流故障時，由TQ和TQ1分閘線圈同時使脫扣半軸順時針轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)分閘操作。新增控制回路中串接一個保護壓板LPX，是為了進行傳動試驗時，方便將TQ1分閘線圈退出。線圈TQ和TQ1同時動作時控制回路電流比較大，1ZKK有跳閘的風險，所以在圖4新增控制回路中增設(shè)3ZKK小空開，型號為GM32M-2308R/6A 2P，為TQ1提供分閘電源。當發(fā)生過流（短路）保護動作時某個分閘線圈燒損，另一個分閘線圈可使斷路器可靠分閘。

圖4 新增控制回路圖

分閘支架安裝固定后，將推板螺絲擰緊，調(diào)整推板角度，在半軸的轉(zhuǎn)動部位加潤滑油，使半軸轉(zhuǎn)動靈活，對掣子與半軸扣結(jié)量進行檢查，滿足扣結(jié)量要求，在斷路器試驗位置進行多次分、合閘試驗，確保斷路器分合閘可靠。對分閘線圈串聯(lián)的輔助接點5DL接觸情況進行檢查，并通過試驗檢測接點轉(zhuǎn)換時間是否滿足規(guī)范要求。

斷路器直流操作電源額定電壓為DC110 V，按規(guī)程規(guī)定進行分閘線圈動作電壓檢測，使分閘線圈最低動作電壓在30%～65%額定電壓之間，脫扣機構(gòu)可靠動作分閘，當在30%額定電壓下時不動作，以檢驗改造后斷路器分閘動作情況。

5 結(jié)論

斷路器出現(xiàn)拒動是十分嚴重的問題，它喪失了斷路器最基本的功能，所以維護人員要做好對斷路器的臨時性維修和定期保養(yǎng)，定期對機構(gòu)轉(zhuǎn)動部位進行潤滑和檢查，將松動的螺釘擰緊，并與預(yù)防性試驗工作相結(jié)合，確保斷路器分閘動作可靠。本文通過增加一套分閘脫扣支架和分閘電磁鐵后，當保護裝置有動作出口，任意一個分閘線圈被燒毀時，另一個分閘線圈可使斷路器分閘，可避免因分閘線圈被燒毀出現(xiàn)斷路器拒絕分閘的現(xiàn)象，避免越級跳閘事故發(fā)生。