基于分合閘線圈缺陷的斷路器故障分析

葉志偉

（廣東電網(wǎng)有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

基于分合閘線圈缺陷的斷路器故障分析

葉志偉

（廣東電網(wǎng)有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

根據(jù)分合閘線圈的結(jié)構(gòu)和工作原理，結(jié)合相關的故障分析總結(jié)出以下幾種情況均可造成分合閘線圈導電時間過長，發(fā)熱燒損∶一是開關分合閘線圈直流電阻過低、絕緣性能下降；二是輔助接點位置不當和輔助開關拐臂螺絲松動引起的開關分合閘控制回路發(fā)生故障。

斷路器；分合閘線圈；故障分析

高壓斷路器，不僅可以切斷或閉合高壓電路中的空載電流和負荷電流，而且當系統(tǒng)發(fā)生故障時可通過保護裝置切斷過負荷電流和短路電流，它具有相當完善的滅弧結(jié)構(gòu)和足夠的斷流能力，是電力系統(tǒng)中的重要設備。斷路器性能的可靠性很大程度上取決于操作機構(gòu)的可靠性。據(jù)統(tǒng)計，操作機構(gòu)故障占斷路器總故障發(fā)生比例約為50%，而分合閘線圈是其操動機構(gòu)的關鍵部分，反應了其運動特性。本文介紹了分合閘線圈結(jié)構(gòu)和工作原理，分析斷路器常見典型的分合閘線圈缺陷，提出了合理的檢修建議。

1 分合閘線圈的結(jié)構(gòu)性能和工作原理

分合閘線圈又叫分合閘電磁鐵，是作為斷路器操作的控制元件，主要適用于額定直流電壓為DC110V或DC220V的控制電器中，結(jié)構(gòu)如圖1所示，線圈內(nèi)部采用鐵芯作為推動的型式，主要由線圈、動鐵芯、安裝底座、復位彈簧等特定安裝結(jié)構(gòu)有機的組成。

當斷路器進行分合閘操作時，分合閘回路接通，線圈通過勵磁電流，產(chǎn)生較大電磁場。同時動鐵芯動作，撞擊液壓機構(gòu)的控制閥，閥門打開，使彈簧釋放能量或機械復位，實現(xiàn)分合閘。該過程結(jié)束后，線圈失電，復位彈簧將拐臂和頂桿推至原位置，直至下一次動作。從能量轉(zhuǎn)換來看，其作用就是把電能轉(zhuǎn)換成磁能，通過鐵芯動作，再轉(zhuǎn)換成機械功輸出。

2 分合閘線圈的故障分析

2.1 線圈內(nèi)部存在匝間或?qū)娱g短路

針對某系列存在系統(tǒng)性缺陷的故障線圈進行分析，發(fā)現(xiàn)在靠近鐵芯的附近幾層，發(fā)現(xiàn)了非常明顯的匝間短路點，短路點附近的漆包線由于高溫作用，表面發(fā)藍，如圖2所示。經(jīng)現(xiàn)場試驗，斷路器分合閘線圈直流電阻下降，基本不影響斷路器動作性能。動作時間均合格，斷路器可靠動作，但由于線圈直阻下降，通過線圈的電流增大，最終導致線圈燒損。初步判斷造成線圈直流電阻下降是由于線圈制造過程中的絕緣薄弱的所引起。在運行過程中，薄弱點受勵磁電流影響最終受損。在線圈少數(shù)匝間絕緣受到破壞后，直流電阻會下降，勵磁電流會變大，但由于線圈的安匝數(shù)未變化，因此，鐵芯輸出功率幾乎不受影響，斷路器仍然可以動作。隨著勵磁次數(shù)的增加，線圈受損點會逐漸劣化，導致其他部位出現(xiàn)匝間短路，甚至層間短路，直至線圈燒斷。同時，線圈的安裝環(huán)境的溫濕度高都會加快線圈老化，引起絕緣下降。因此，設備驗收時，嚴格審查線圈的出廠報告中，直流電阻測量、絕緣電阻測、脈沖試驗、負載試驗的相關數(shù)據(jù)，日常斷路器維護時，嚴格按照防拒動特維的要求，測試線圈的分合閘動作電壓、直流電阻測試、絕緣等檢查。造成線圈絕緣性能下降的原因除了線圈自身原因之外，還與以下幾點有關：線圈的安裝位置的溫濕度；線圈所接二次回路的正常運行時的負荷電流的大小和動作持續(xù)的大電流有關，即回路中串接的電阻過少有關；控制系統(tǒng)電源不穩(wěn)定，加載在線圈兩端的電壓過高，導致線圈絕緣擊穿或通過線圈的電流過大，燒毀線圈；輔助開關接點開斷間隙小，滅弧能力差，切斷電流時容易引起電弧重燃，延長線圈通過較大電流的時間，使線圈絕緣性能下降。

2.2 線圈動作電壓不正確，造成的誤動或拒動

高壓斷路器動作電壓合格，一方面可以避免當二次直流系統(tǒng)在絕緣降低、高阻接地及強電磁場干擾等情況下，可能在斷路器分合閘線圈兩端引入暫態(tài)直流電壓，引起斷路器誤動作；另一方面可以保證二次直流系統(tǒng)容量不足時斷路器的可靠動作。根據(jù)《輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程實施細則》規(guī)定，操動機構(gòu)分、合閘電磁鐵或合閘接觸器端子上的最低動作電壓應在操作電壓額定值的30%～65%之間；在使用電磁機構(gòu)時，合閘電磁鐵線圈通流時的端電壓為操作電壓額定值的80%（關合電流峰值等于及大于50kΑ時為85%）時應可靠動作，并不高于額定操作電壓值的110%。如果線圈動作電壓過低，在直流系統(tǒng)絕緣不良，兩點高阻接地的情況下，在分閘線圈或接觸器線圈兩端可能引入一個數(shù)值不大的直流電壓，當線圈動作電壓過低時，會引起斷路器誤分合閘；如果線圈動作電壓過高，則會因系統(tǒng)故障時，直流母線電壓降低而拒絕跳閘。因此，在設備狀態(tài)檢修時，要檢查記錄好線圈的動作電壓是否滿足規(guī)范要求，記錄好線圈的動作電壓和直流電阻。分、合閘線圈電阻檢測，檢測結(jié)果應符合設備技術(shù)文件要求，沒有明確要求時，以線圈電阻初值差不超過±5%作為判據(jù)。若不滿足要求，應及時做好相應的更換工作或處理措施。

2.3 輔助開關不能正常變位，線圈長期通電而燒毀

圖3 10kV斷路器機構(gòu)箱

構(gòu)松動脫落，當指令要求合閘線圈動作時，銜鐵和輔助摯子之間空隙偏大，使得鐵芯沖不動脫扣機構(gòu)而拒合，合閘線圈動作沒有到位。四是傳動連桿卡澀，導致斷路器動作不到位。機構(gòu)無法完成合分閘，輔助開關接點始終接通。在開展狀態(tài)檢修，維護保養(yǎng)時，要做好傳動部件的清掃及連接部位螺絲緊固檢查、做好適當?shù)臐櫥胧?，確保各部件傳動正常，位置到位準確。

3 總結(jié)

分合閘線圈能否正常動作，直接影響到斷路器是否能正確分合閘。因此斷路器的防拒動檢查至關重要。斷路器驗收和維護需關注以下幾點：（1）分合閘線圈選型是否與保護裝置控制回路相搭配，線圈的出廠試驗參數(shù)如線圈絕緣性能、線圈的直流電阻、線圈的動作電壓，均應滿足技術(shù)規(guī)范的要求。（2）線圈的安裝位置應滿足規(guī)避誤碰風險，散熱良好，并且便于檢修人員更換的要求。（3）狀態(tài)檢修時，做好線圈的性能參數(shù)的測試記錄分析工作，對斷路器的操作機構(gòu)按規(guī)程執(zhí)行機械特性檢查維護，調(diào)整檢查輔助開關應切換靈活，接觸良好，確保線圈動作可靠。

［1］李勁彬.基于分合閘線圈電流的某換流站開關故障分析［J］.高壓電器，2015（02）.

［2］王清君.斷路器分閘線圈燒損原因分析及防范措施［J］.工業(yè)技術(shù)，2008.

［3］付煒平.一起高壓斷路器分合閘線圈動作電壓不合格問題分析及處理［J］.河北電力技術(shù)，2015（04）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.258