ZN5型真空斷路器使用末期維護及故障處理

艾紅麗，李訓強，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6kV系統中得到廣泛應用，占到6kV開關總數的80%，是6kV電力系統主要開關電器，為油田電網安全穩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展浴盆曲線上升沿，進入故障高發期，如圖1所示。隨著油田電網的升級改造，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計分析，制定針對性的檢修維護對策，提高檢修維護質量，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:操作機構采用抬杠式結構，如圖2所示。斷路器處于分閘位置時抬杠下滾輪被下摯子扣死，上摯子打開，當合閘線圈通電，合閘鐵心通過拉桿帶動抬杠以下摯子為中心轉動，抬杠中心的長槽孔與主軸搖臂通過軸銷相連，當抬杠轉動時，帶動主軸轉動，主軸另外三對搖臂通過絕緣子帶動滅弧室導電桿向上運動，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，將機構保持在合閘位置，如圖3所示。同時主軸帶動輔助開關轉換切斷合閘電源。

圖2 ZN5型真空斷路器操作機構(分閘狀態)

圖3 合閘狀態

圖4 自由脫扣狀態

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摯子轉動，抬杠下滾輪失去支撐，主軸在分閘彈簧作用下迅速反轉，通過搖臂和絕緣子帶動導電桿分閘，在分閘瞬間下摯子打開時，抬杠以上摯子為中心轉動，同時上摯子又被限位滾輪頂開，在復位彈簧作用下，抬杠繞主軸搖臂軸銷轉動，分閘終了，抬杠下部軸銷在弧形槽中運動，在復位彈簧作用下，下滾輪重新被下摯子扣住，上摯子打開，操作機構處于分閘狀態(圖2)，同時主軸帶動輔助開關轉換切斷分閘電源，分閘過程結束。

在合閘過程中，若遇外部故障，分閘電磁鐵動作，下摯子打開，抬杠失去支撐，在合閘過程中的任何位置下摯子打開，主軸即可迅速反轉分閘，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的47.49%，接頭發熱占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整不當和發生機械故障的原因，制定相應對策。

圖5 ZN5型真空斷路器2009－2011年故障統計排列圖

表1 2009－2011年故障統計表

3.1 ZN5型真空斷路器分閘動作電壓影響因素

(1)抬杠下滾輪與下摯子的扣入深度;

(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多年的檢修經驗，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摯子的配合。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整主要是通過調整螺釘改變下摯子扣入深度實現，長期運行后下摯子端部磨損，檢修時單純調整下摯子扣入深度改變跳閘動作電壓，將導致斷路器處于不穩定狀態，合跳幾次后動作電壓產生很大變化。一是下摯子打滑導致斷路器拒合，二是動作電壓升高導致斷路器拒跳，這都是我們不希望的結果。因此，在檢修時正確調整分閘動作電壓尤為重要。

圖6 下摯子與下滾輪配合

3.2 ZN5型真空斷路器發熱故障分析

導電回路承擔著一次電流通過的重要作用，接頭發熱一方面影響載流導體的載流能力，另一方面使絕緣體過熱發生絕緣故障。由表1可以看出，斷路器發熱故障占到ZN5型真空斷路器故障總數的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電部分材料為紫銅，電網中一次主導電回路的材質多數用的是鋁排，銅材質和鋁材質的直接接觸，由于兩種材質不同，會產生電化學反應，使接觸面發生氧化;

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

(3)由于電網升級改造，運行方式發生變化，導致部分開關電流增大導致接頭發熱。

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)輔助開關調整不當導致斷路器跳躍;

(3)輔助開關觸點氧化，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摯子的部件，實現斷路器可靠分閘的傳動系統。分閘搖臂檢修時，在按下分閘按鈕到底時，下摯子應可靠打開。松開分閘按鈕，分閘搖臂在下摯子彈簧和分閘搖臂彈片的作用下，應該可靠返回到初始狀態。分閘搖臂的檢修同時，檢查分閘鐵心動作情況，應動作靈活無卡澀現象。分閘鐵心的行程分為空行程和沖擊行程兩部分，在檢查時應確保在分閘鐵心空行程時搖臂復位彈片能帶動搖臂和鐵心可靠復位。應仔細檢查分閘搖臂彈片是否出現彈性失去或降低，如果分閘搖臂不能完全返回，應調整或更換分閘搖臂復位彈片。

(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，斷路器不應能合閘，且無卡滯現象。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據，檢修規程要求真空斷路器的動作電壓標準是在30% ～65%Ue，油田電網主要采用220V直流系統，因此跳閘動作電壓在66V－143V之間。實驗時應有載加壓，在加66V電壓時連續沖擊3次，斷路器不得分閘，在143V時斷路器應可靠分閘，并連續試驗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，對下摯子形不成沖擊力，無法檢查下摯子與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摯子與滾輪扣接情況，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實驗3次，每次均應可靠分閘。

跳閘動作電壓調整。當分閘動作電壓低于額定值時，可通過調整下摯子進行調解，動作電壓低將調整螺釘向外擰，使下摯子向上走，增加下摯子扣入深度，動作電壓升高。若分閘動作電壓高于額定值則應綜合考慮，不能僅僅通過將調整螺釘向里擰，改變下摯子扣入深度調整。應首先調整分閘鐵心，使分閘電磁鐵具有最大的電磁力，在分閘按鈕到底時，保證下摯子能可靠打開的情況下，調整分閘鐵心在調節連桿內擰入深度，減小氣隙磁阻，使分閘電磁鐵具有最大的電磁吸力。然后再通過改變下摯子的扣入深度，將分閘動作電壓調整在合格范圍內。在調整時且不可一下子將下摯子調的過死，如果調的過死，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摯子壓彎。

4.2 發熱故障的檢查與處理

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

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側面與開關柜間隙很小在檢修時往往被忽略，日久天長容易松脫，導致接觸不良，檢修時應重點檢查。

ZN5型斷路器使用的很多是壓接式輔助開關，這種型號的輔助開關，自潔能力差，在長時間暴露在空氣中時，輔助開關的觸頭之間會出現氧化層，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的觸頭進行處理，應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，影響導電性能。輔助開關的觸頭應無嚴重燒傷現象，否則必須更換，以保證可靠的斷路器分合閘。檢查輔助開關的觸頭彈簧應無變形，彈性良好，分合閘時檢查輔助開關的超行程要大于1.5mm，以保證可靠的導電。

輔助開關的調整，壓接式輔助開關，斷路器處于合閘位置，將輔助開關固定螺栓松開，向上移動，當跳閘輔助接點接通后，再向上移動1.5mm，將輔助開關固定即可。轉換式F系列輔助開關，調整時應根據現場情況調整連接拉桿長度和耦合盤的連接角度，使輔助開關切換可靠，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，在檢修時應重點檢查真空滅弧室的玻璃外殼，應光亮，無發白、飛濺物等，內部屏蔽罩應光亮，金屬件光澤鮮艷，無發污、變色跡象，各零部件無斷裂松動現象。如果發現真空滅弧室出現異常顏色，應進行耐壓試驗，用2500VMΩ表搖測主回路對地絕緣應大于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，可以繼續使用，否則必須更換。運行中如果發現真空滅弧室內壁有紅色、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，為電網的安全經濟運行服務。

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

［2］ 苑舜.真空斷路器操動機構的設計與優化［M］.中國電力出版社，1997年8月.