淺談ABB Vx系列真空接觸器開關電源模塊改造

邊建坤

摘要：文章針對高壓電機控制柜采用的ABB Vx系列高壓真空接觸器的寬電壓供電模塊（即開關電源）損壞后不易于維修且造價昂貴的問題，闡述了ABB Vx系列高壓真空接觸器的結構原理，說明了電源模塊的損壞原因及改造方案。改造后，該寬電壓供電模塊的散熱條件得到了極大改善，使用壽命大大延長，經(jīng)濟效益十分明顯。

關鍵詞：高壓電機控制柜；ABB Vx系列；高壓真空接觸器；開關電源模塊；散熱條件 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM572 文章編號：1009-2374（2015）31-0036-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.017

ABB Vx系列高壓真空接觸器（主要包括V7和V12兩種型號）是用于電壓為3.6～12kV高壓電機分合閘的場合，且適用于頻繁操作的幾種高壓真空接觸器，在國內各大廠礦企業(yè)應用較為廣泛，在我們神東煤炭集團各個礦井也有廣泛的應用。但是，我們在工作實踐中，發(fā)現(xiàn)該高壓真空接觸器常出現(xiàn)寬電壓供電模塊故障并進而引起接觸器線圈失電，最后造成真空接觸器釋放而停機，給生產(chǎn)帶來不小的危害。眾所周知，高壓負載一般都是用在關鍵及重要場合的大功率負載，如供電系統(tǒng)中的變壓器電源、煤礦的主扇風機電機、煉鋼廠的中頻電源等。這種故障停機有時會帶來嚴重的后果和不可估量的損失。因此本文針對這種現(xiàn)象，對ABB Vx系列高壓真空接觸器寬電壓供電模塊進行了改造。

1 ABB Vx系列真空接觸器工作原理

ABB Vx系列真空接觸器具有外形美觀、結構緊湊、設計合理、分斷能力強等諸多優(yōu)點。其結構組成主要由寬電壓供電模塊、真空滅弧室、控制電磁鐵、主觸頭、操作機構以及其他輔助部件構成。

開斷原理：接觸器的主觸頭裝設在陶瓷的真空滅弧室中，真空接觸器合閘、分閘時，向寬電壓電源模塊發(fā)出合閘或者分閘的指令，電源模塊接到指令以后，即輸出電壓信號，驅動電磁線圈產(chǎn)生電磁力，銜鐵受到電磁力的作用即發(fā)生運動，并帶動真空滅弧室中的動、靜觸頭快速閉合或斷開，從而實現(xiàn)高壓設備啟、停車的安全可靠運行。

2 寬電壓電源模塊工作原理

寬電壓供電模塊其實是一個功能強化后的整流電源，它在合閘時，模塊直流電源輸出端可以瞬間輸出300V的直流電壓，該電壓可以使得真空接觸器瞬間吸和，當寬電壓電源模塊檢測到真空接觸器吸和后，電源輸出端將由300V自動轉變?yōu)?2V直流輸出，讓真空接觸器保持吸和狀態(tài)，如圖1所示：

圖1 ABB Vx系列真空接觸器寬電壓電源模塊工作原理（改造前）

3 寬電壓電源模塊故障分析

廠家原裝供電模塊和接觸器線圈只通過2根線連接，根據(jù)查詢資料得知：合閘時，電源模塊輸出300V直流電壓要保持在l5ms左右時自動變?yōu)?2V，因為接觸器吸合過程中，大電流持續(xù)時間過長會燒損保險和合閘線圈，過短則接觸器不能吸合。

由于供電模塊和接觸器只有兩根電源連接，據(jù)此我們推斷該電源切換是靠其內部特有功能來實現(xiàn)的。當輸出有大電流時，DC300V經(jīng)過15ms切換為DC12V電壓，如果輸出DC300V電壓沒有及時實現(xiàn)向DC12V切換，寬電壓供電模塊本體保險會很快熔斷，我們經(jīng)過對事故原因分析及對現(xiàn)場仔細觀察發(fā)現(xiàn)，若輸出一直保持DC300V電壓輸出，更換保險后再試仍然會熔斷，因此就可以判斷寬電壓供電模塊已經(jīng)不能正常工作了。其根本原因在于該電源模塊輸出DC300V電壓時間過長，而不能及時切換為DC12V電壓輸出，故導致輸出大電流持續(xù)時間過長而熔斷保險，進而燒壞電路，最終造成接觸器釋放而停機。為了進一步研究故障發(fā)生的深層原因，我們將設備拆開進行研究，拆開后發(fā)現(xiàn)該接觸器安裝在高壓真空接觸器本體內部，并且寬電壓電源模塊內部的所有元器件均被用環(huán)氧樹脂密封起來了，這樣一來，寬電壓電源模塊產(chǎn)生的熱量就很難散發(fā)出去。電源模塊在運行過程中會產(chǎn)生較多的熱量，如果散熱條件不好，熱量不斷積累，會加速電源模塊本身的老化，縮短其使用壽命。這正是問題的關鍵癥結所在。

4 電源模塊改造方案及工作原理

在進行電源模塊改造前，每當寬電壓模塊損壞后，只有從原廠家購買新的模塊來替換，該寬電壓供電模塊價格較高，單價約合人民幣7800元，是一筆不小的費用。為改變這一現(xiàn)狀，筆者與同事一道經(jīng)過摸索設計出一套改造方案：首先從市場上購買（而不是從原廠家即ABB公司購買）普通的DC300V和DC12V兩種電源模，再增加一定控制回路，就完全可以替代原廠的寬電壓模塊。采用一個DC300V電源模塊使符合較重的直流接觸器線圈-MC1與MC2吸合，同時還要保證接觸器在已經(jīng)完成吸合后，切換使用另外一個DC12V直流電源模塊來給接觸器線圈-MC1和-MC2供電。吸合完成瞬間，中間繼電器KA的常閉接點KA2打開，切斷DC300V電源輸出，讓已經(jīng)吸合的接觸器在DC12V的電壓下保持吸合狀態(tài)。這一切換過程必須符合時間要求（12ms），否則保險還會熔斷。只有保證及時切換兩個供電電源，才可以保證設備正常工作，改造后的結構如圖2所示：

圖2 ABB Vx系列真空接觸器寬電壓電源模塊改造后

工作原理示意圖

工作原理：當按下開始按鈕后，中間繼電器KA得電吸合并自保，DC300V電源模塊（1）工作并輸入300V直流電源，真空接觸器線圈-MC1和-MC2得電，進而真空接觸器吸合，MC（真空接觸器的輔助常開觸點）動作，中間繼電器KA2得電吸合，其輔助常閉KA2觸頭打開，斷開DC300V向-MC1和-MC2輸出12V直流電源，電路自動轉換為DC12V電源模塊（1）工作，接觸器完成啟動過程，并啟動狀態(tài)自動切換為運行狀態(tài)，在兩電源模塊切換過程中，如果直接只用一個-MC輔助觸點切換，偶爾會造成接觸器跳躍現(xiàn)象。為了解決這一問題，保證真空接觸器吸合后兩個電源可靠切換，我們設計了中間節(jié)電器KA2實現(xiàn)真空接觸器線圈供電無縫銜接。另外，為了防止切換兩種供電電壓時發(fā)生DC12V電源被DC300V電源反送電而損壞的現(xiàn)象，采用兩個二極管D1和D2來隔離兩個直流電源。如此就可以保證兩個電源模塊正常工作。

綜上所述，本改造方案其實就是將一個原本由ABB專用寬電壓供電模塊完成啟動長時間工作的運行模式，改為兩個電源模塊完成啟動分時間段運行模式。且兩個模塊可以安裝在啟動柜外面，改善了工作環(huán)境，也方便了人工檢查，大大延長了真空接觸器整體的使用年限，在投資極少的情況下，還可將一批因寬電壓模塊損壞而閑置的開關重新投入使用。

5 結語

通過對ABB Vx系列真空接觸器開關電源模塊的改造，取得了以下成果：（1）替代的電源模塊可安裝在啟動柜外面，極大地改善了散熱條件，有效地降低了故障率，同時也方便隨時檢測檢修，從而大大延長了接觸器的使用壽命；（2）經(jīng)濟效益十分顯著。一個寬電壓供電模塊的單價在7800元人民幣左右，而改造后使用的電源模塊單價近100元左右，可以大大節(jié)省成本支出，再加上縮短停機時間所帶來的潛在經(jīng)濟價值，此項目的確不失為一個很值得推廣的項目。

參考文獻

[1] 王佳.電工常識[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[2] 吳雪琴.電工技術[M].北京：北京理工大學出版社，2006.

（責任編輯：周 瓊）endprint