XGN型開關柜電磁式操作機構改造分析

摘要：本文首先分析了XGN型開關柜電磁操作機構的設備現狀，進而分析了XGN型開關柜電磁式操作機構在運行中存在的問題，根據電磁式操作機構與彈簧機構的優缺點，對XGN型開關柜電磁式操作機構提出了改造意見及建議。

關鍵詞：電磁式操作機構；彈簧機構；合閘電流

一、設備現狀

高壓斷路器擔負著電網中負荷電流的關合，故障電流的開斷，線路重合閘的工作，是電網重要的高壓設備之一，它的性能優劣與否，直接關系到電網的安全運行。我公司現運行的3座35kV變電站10kVXGN型開關柜采用的ZN系列真空斷路器，與其配合的操作機構是CD系列電磁機構。在近幾年的運行過程中，CD系列的電磁操作機構出現的問題，越來越多，嚴重影響了供電可靠性。計劃對該類型開關柜的CD型電磁式操作機構更換為CT型彈簧儲能式操作機構，現就兩種操作機構的優劣進行比較。

二、運行中存在的主要問題

在近幾年的運行過程中，CD系列的電磁操作機構出現的問題，越來越多，嚴重影響了供電可靠性。

1、分、合閘線圈燒壞

引起合閘線圈燒壞的原因有多種，比如合閘操作后接觸器銜鐵由于各種原因不返回，其觸點長時間閉合，使合閘線圈長時間帶電而燒壞；斷路器合閘后輔助開關的常閉觸點未能斷開，也會導致合閘線圈長期帶電而燒壞。

分閘線圈燒壞常見原因大多是分閘鐵心卡死不回原位，繼電器觸點動作后由于分閘回路輔助接點斷不開，致使分閘線圈長期帶電所致，分閘線圈內部匝間短路。

2、分、合閘鐵芯卡澀

合閘鐵心在合閘過程中上下不能自由串動或合閘后鐵心落不下來。合閘線圈內套筒安裝不當或變形，緊力不一致，造成鐵心不垂直，磨擦阻力大，不能上下自由串動，特別是在合閘線圈燒壞后更換時，套筒內清理不干凈或變形往往是造成合閘鐵芯卡澀的主要因素。

分閘鐵心不能上下自由串動，電動分閘時，分閘鐵心由于磨擦阻力大而使電動力距減弱。分閘鐵心由于氧化銹蝕，不能上下串動而卡死。分閘鐵心不垂直導致鐵心卡死。鐵心周圍有凸緣導致鐵心卡死。分閘線圈內部銅套不圓，不光滑，鐵心有毛刺而導致鐵心卡死。

三、電磁式操作機構與彈簧機構的優缺點

電磁操作機構是利用合閘線圈中的電流產生的電磁力驅動合閘鐵芯，撞擊合閘四連桿機構進行合閘的，因此這種操作機構要求的合閘電流一般都很大。CD系列電磁機構能夠提供較大的關合功能，ZN系列真空斷路器采用的是平板式對接觸頭，觸頭間距為10～12mm，且真空室采用銅焊錫工藝，高溫下抽真空，它的機械強度較差，耐震動差，所以極易降低真空開關的使用壽命。該機構的主要特點就是：結構簡單，零部件較少，加工容易；可遙控操作和自動重合閘。主要缺點是：合閘電流大；動作速度低；結構笨重，耗材較多。由于合閘電流大，一般的輔助開關、中間繼電器觸點等很難投切這么大的電流，從而控制合、分閘。另外需要變電站配置大功率的直流電源和線徑較大的合閘電源電纜。

彈簧操作機構是利用彈簧拉伸和收縮所儲存的能量進行合、分閘控制的，其彈簧能量的儲存是靠儲能電機傳送的，而其合、分閘操作是靠合、分閘線圈控制的。CT系列彈簧機構的合閘功是CD系列的1/5，所以用彈簧操作機構操作ZN系列真空開關，就能很好的降低合閘時機械強度、震動和彈跳，從而提高真空開關的使用壽命。其主要優點：合、分閘電流都不大，要求電源的容量也不大；既可遠方電動合、分閘、電能儲能，也可就地手動儲能，手動合、分閘，因此，在直流電源消失的情況下也可手動合、分操作；動作快，且能快速自動重合閘。主要缺點：結構較復雜，對構件強度要求高；對零部件加工精度要求高。

通過上述的技術比較，加之CT操作機構具體的尺寸，選定CT19型操作機構作為本次開關柜改造的操作機構。

四、CT19型操作機構簡介

CT19型操作機構可供操作各類固定式開關柜中ZN28型系列高壓真空斷路器，其性能符合GB1984《交流高壓斷路器》的要求，機械穩定性、可靠性都大大加強。機構合閘彈簧的儲能方式有電動機儲能和手動儲能兩種；合閘操作有合閘電磁鐵及手動按鈕操作兩種；分閘操作有分閘電磁鐵、過電流脫扣電磁鐵及手動按鈕操作三種。能夠滿足調度遠方操作和繼電保護操作的要求。過電流脫扣電磁鐵由電流互感器供電，其電路依靠分裝的過電流繼電器觸頭動作關合，在實際應用中不采用此種分閘方式，因此在安裝改造過程中拆除過電流脫口繼電器。

1、使用條件

周圍空氣溫度上限+40℃，下限為-25℃。

海拔2000m以下。

相對溫度日平均值不大于95%，月平均值不大于90%。

無腐蝕性氣體，無經常劇烈震動的場所。

2、技術參數

額定工作電壓：DC220V

電動機額定輸入功率：70W

正常工作電壓范圍：85%～110%額定電壓

額定工作電壓儲能時間：≤12S

3、手動儲能操作力，采用400mm長度儲能操作手柄時，其操作力不大于150N。

4、合閘電磁鐵采用螺管式電磁鐵，其技術參數

額定工作電壓：220V

額定工作電流：3.8A

額定電功率：<836W

20℃時線圈電阻值：19.2±3Ω

正常工作電壓范圍：85%～110%額定工作電壓

5、由獨立電源供電的分閘電磁鐵采用螺管式電磁鐵，其技術參數

額定工作電壓：220V

額定工作電流：3.8A

額定電功率：<836W

20℃時線圈電阻值：19.2±3Ω

正常工作電壓范圍：65%～120%額定工作電壓，小于30%額定工作電壓時不得分閘

6、其他參數

機構輸出工作轉角50～55度。

機構凈重38公斤。

機構配合ZN28-10型系列戶內高壓真空斷路器的合閘時間不大于0.15S，固有分閘時間不大于0.06S，一次自動重合閘無電流間隙時間不大于0.3S。

輔助開關選用F10輔助開關，共有6對常開觸點，6對常閉觸點，觸點能通過的持續電流AC220時為10A，DC220時為5A。

行程開關選用LX-12行程開關，共有2對常閉觸點，2對常開觸點觸點能通過的持續電流AC220時為10A，DC220時為2A。

五、小結

XGN型開關柜采用彈簧儲能式操作機構替代電磁式操作機構配合ZN28型真空斷路器使用能夠大大降低故障率，增強設備的運行穩定性，提高供電可靠率。對于更換的CT19型操作機構在平時的維護中應加強對設備的清掃，加潤滑油等，及時維護，確保機構動作順暢。

參考文獻：

[1]王俊，張秀然.CD10型電磁式操動機構故障原因及處理[J].農村電氣化.2005

[2]GB1984-2003，高壓交流斷路器[S].北京：中國標準出版社，2004