10 kV斷路器二次回路故障分析及處理措施

吳貽堅(jiān)

摘 要：簡(jiǎn)要闡述了10 kV斷路器二次回路故障的相關(guān)內(nèi)容，詳細(xì)分析了10 kV斷路器二次回路的故障情況，并給出了一系列的處理措施，以期能為有關(guān)方面的工作提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：斷路器；二次回路；故障；控制回路

中圖分類號(hào)：TM561 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.155

斷路器是變電站中非常重要的設(shè)備，其穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)變電站有極大的幫助，但是，二次回路故障卻是斷路器常見的故障。因此，斷路器要想穩(wěn)定運(yùn)行，就要認(rèn)真分析二次回路故障的原因，并采取有效的措施進(jìn)行處理。基于此，本文簡(jiǎn)要探討了10 kV斷路器二次回路的故障及其處理措施，相信對(duì)有關(guān)方面的工作有一定的幫助。

1 10 kV斷路器二次回路故障分析

1.1 分合閘線圈燒毀

1.1.1 分合閘原理

斷路器的控制回路如圖1所示。合閘可通過遙控操作、重合閘動(dòng)作、手動(dòng)操作來接通回路，實(shí)現(xiàn)斷路器合閘。除了遙控操作、手動(dòng)操作來實(shí)現(xiàn)斷路器分閘外，還有一種方式為保護(hù)裝置動(dòng)作切除故障。線路正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)斷路器在分閘位置時(shí)，斷路器常閉輔助接點(diǎn)QF1處于閉合狀態(tài)，斷路器常開輔助接點(diǎn)QF2處于斷開狀態(tài)；當(dāng)斷路器在合閘位置時(shí)，斷路器常閉輔助接點(diǎn)QF1處于斷開狀態(tài)，斷路器常開輔助接點(diǎn)

QF2處于閉合位置。

合閘時(shí)，遙控、手動(dòng)或重合閘動(dòng)作，經(jīng)過輔助接點(diǎn)QF1接

通合閘線圈YC實(shí)現(xiàn)合閘。此時(shí)，斷路器輔助接點(diǎn)QF1在傳動(dòng)連桿帶動(dòng)下打開QF1常閉接點(diǎn)，切斷合閘回路。同時(shí)，跳閘回路常開輔助接點(diǎn)QF2閉合。

分閘時(shí)，遙控、手動(dòng)或保護(hù)裝置發(fā)跳閘信號(hào)，經(jīng)過閉合的常開接點(diǎn)QF2接通跳閘線圈YT，最后使斷路器動(dòng)作跳閘切除故障。分閘的同時(shí)斷路器常開輔助接點(diǎn)QF2斷開，常閉輔助接點(diǎn)QF1閉合。

1.1.2 分合閘線圈燒毀的原因

目前，分合閘線圈都是按照“短時(shí)間大電流”原理設(shè)計(jì)的，其10 kV斷路器分合閘線圈額定電流一般為1～2 A。正常情況下，該線圈能承受2～3 s的大電流，如果分合閘回路無法在該時(shí)間內(nèi)有效斷開，則勢(shì)必造成分、合閘線圈長(zhǎng)期通電過熱融膠，甚至燒毀。

由分合閘原理可知，造成10 kV斷路器分合閘線圈燒毀的原因有以下幾點(diǎn)：①斷路器常開輔助接點(diǎn)QF2、常閉輔助接點(diǎn)QF1在斷路器動(dòng)作后存在黏滯現(xiàn)象，導(dǎo)致QF1或QF2工作不正常，沒有切斷分合閘回路，使得分合閘線圈帶電時(shí)間超過額定時(shí)間，從而發(fā)熱燒毀分合閘線圈。②斷路器機(jī)構(gòu)故障。比如斷路器本體內(nèi)部導(dǎo)電桿、傳動(dòng)連桿存在卡澀現(xiàn)象，致使斷路器拒分、拒合，最終將使QF1或QF2該斷開時(shí)未斷開，導(dǎo)致分合閘線圈長(zhǎng)時(shí)間通電，線圈被燒毀。③當(dāng)廠用電故障、蓄電池運(yùn)行時(shí)間比較長(zhǎng)或多路斷路器同時(shí)動(dòng)作時(shí)，導(dǎo)致直流電源容量不足。分合閘線圈兩端電壓可能低于最低動(dòng)作電壓值，使得分合閘線圈長(zhǎng)時(shí)間通電發(fā)熱，燒毀線圈。④分合閘線圈內(nèi)部有缺陷，比如絕緣低下、短路等。

1.2 輔助接點(diǎn)燒毀

1.2.1 電弧原理

電弧是一種氣體放電現(xiàn)象，是電流通過某些絕緣介質(zhì)（例如空氣）所產(chǎn)生的瞬間火花。電弧形成后，其觸頭間的電壓會(huì)立刻降低，但是，弧柱的溫度很高，處于高溫下的介質(zhì)分子和原子將劇烈運(yùn)動(dòng)，不斷發(fā)生碰撞，游離出更多自由的電力和離子，以維持電弧的燃燒。特別對(duì)于直流電源，因其大小（電壓高低）和方向（正負(fù)極）都不隨時(shí)間而變化，所以，電弧難以自動(dòng)熄滅。

1.2.2 輔助接點(diǎn)燒毀原因分析

輔助接點(diǎn)燒毀得原因主要有以下2個(gè)：①輔助接點(diǎn)質(zhì)量問題。斷路器傳動(dòng)連桿上的行程開關(guān)接點(diǎn)與輔助接點(diǎn)之間接觸壓力不夠，產(chǎn)生間隙，致使回路導(dǎo)通過程中出現(xiàn)持續(xù)打火的現(xiàn)象，導(dǎo)致輔助接點(diǎn)發(fā)熱起火。②斷路器傳動(dòng)連桿存在卡澀的情況。雖然斷路器傳動(dòng)連桿在動(dòng)作期間表現(xiàn)為拒分、拒動(dòng)，但是，它在此過程中仍在一定程度上發(fā)生了弧度偏小的輕微轉(zhuǎn)動(dòng)，致使傳動(dòng)連桿上的行程開關(guān)接點(diǎn)與輔助接點(diǎn)之間產(chǎn)生間隙，使得電壓超過空氣的耐受力，從而電離變成導(dǎo)體產(chǎn)生電弧。電弧繞過絕緣體，沿著絕緣體表面而發(fā)熱，導(dǎo)致輔助接點(diǎn)被燒毀。

2 處理措施

10 kV斷路器二次燒毀情況的發(fā)生，主要是因?yàn)椋诙位芈饭收系那闆r下，不能在一定時(shí)間段內(nèi)自動(dòng)切斷回路或者電氣距離比較近。分合閘線圈或輔助接點(diǎn)兩端持續(xù)帶電，導(dǎo)致相關(guān)部件發(fā)熱，甚至引發(fā)起火事件。針對(duì)以上問題，筆者建議在確保檢修質(zhì)量的前提下，可采取以下措施防止二次故障導(dǎo)致回路燒毀事件的發(fā)生。

2.1 分合閘線圈選擇

正常情況下，電氣設(shè)備通電時(shí)產(chǎn)生的熱量可以用式（1）表示：

Qd=I2Rt. （1）

式（1）中：Qd為電氣設(shè)備通電時(shí)產(chǎn)生的熱量。

分合閘線圈散熱量可以按式（2）計(jì)算，即：

Qk=∫0t1KA（Tg-Tn）dt. （2）

式（2）中：Qk為分合閘線圈散熱量；K為分閘合線圈外殼傳熱系數(shù)，W/m2·℃；A為線圈的面積，m2；Tg為線圈的平均溫度，℃；Tn為空氣溫度，℃。

因此，在分合閘線圈長(zhǎng)時(shí)間帶電的情況下，其熱量模型為：

Q=Qd-Qk=I2Rt-∫0t1KA（Tg-Tn）dt. （3）

當(dāng)Q>0時(shí)，溫度上升；當(dāng)Q<0時(shí)，溫度降低。

由此可知，在電氣設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間通電的情況下，其發(fā)熱量幾乎呈直線上升。而分合閘線圈在固定設(shè)備材料、面積的情況下，其散熱曲線緩慢上升。當(dāng)線圈溫度大于室溫時(shí)，其散熱量將越大。

綜上所述，分合閘線圈的選擇應(yīng)從以下3個(gè)方面綜合考慮：①線圈電阻。②線圈面積和材料。面積較大、傳熱性好的材料的線圈，能增強(qiáng)線圈的自散熱能力。③防火材料。對(duì)于參數(shù)、大小、型號(hào)選定的分合閘線圈，在其表面涂刷防火涂料，可以增加燃燒難度，使被保護(hù)線圈不直接與空氣接觸，延遲線圈著火和減慢燃燒的速度。

2.2 加裝時(shí)間繼電器

在分合閘控制回路中，將時(shí)間繼電器線圈串入KM1、KOM線圈之后，對(duì)其進(jìn)行電氣保護(hù)。其延時(shí)打開的動(dòng)斷觸點(diǎn)T1、T2安裝在KM1、KOM動(dòng)合接點(diǎn)后，見圖2所示。在異常情況下，當(dāng)斷路器輔助接點(diǎn)不可靠斷開時(shí)，時(shí)間繼電器得電，延時(shí)打開動(dòng)斷觸點(diǎn)，有效切開分、合閘回路，實(shí)現(xiàn)分、合閘線圈，輔助接點(diǎn)的斷電功能。在此需要注意的是，時(shí)間繼電器的延時(shí)要長(zhǎng)于斷路器跳、合閘的動(dòng)作時(shí)間。一般斷路器的動(dòng)作時(shí)間均小于0.1 s，所以，可將時(shí)間繼電器的時(shí)間設(shè)定為3～5 s。

2.3 輔助設(shè)備選擇

空氣的擊穿電壓經(jīng)驗(yàn)公式為：

由式（4）可知，間隙距離和空氣密度會(huì)直接影響電弧的形成。

空氣濕度與空氣絕緣電阻是反比例關(guān)系。隨著空氣濕度的增加，空氣絕緣電阻將逐漸下降，使絕緣電阻值降低。

由以上分析可知，在保證輔助接點(diǎn)質(zhì)量的前提下，開啟加熱驅(qū)潮裝置和排風(fēng)裝置可以保持開關(guān)柜斷路器室空氣的干燥，降低空氣的濕度和密度，增加電離難度，減少電弧產(chǎn)生的可能性。

3 結(jié)束語

綜上所述，斷路器是變電站中非常重要的設(shè)備，如果發(fā)生二次回路故障，將極大地影響變電站的運(yùn)行情況。因此，相關(guān)人員要認(rèn)真分析斷路器二次回路故障發(fā)生的原因，并采取有效的措施及時(shí)處理，以保障變電站的穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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[2]凡遠(yuǎn)柱.分析斷路器二次回路存在幾點(diǎn)問題及改進(jìn)策略[J].中國科技博覽，2014（04）.

〔編輯：白潔〕