基于斷路器彈簧儲能機構回路故障分析以及改進

王博國

摘 要：斷路器對電力系統的穩定和安全運行有非常重要的作用，它主要實現對故障線路進行帶負荷切除，把故障點電弧消除隔離開來，文章闡述斷路器的故障類型及產生原因，重點介紹了斷路器拒動和誤動等本體上的故障。最后對其彈簧儲能機構存在的回路故障進行總結，同時提出相關的改進措施與方案。

關鍵詞：斷路器；儲能；故障；回路改進

中圖分類號：TM561 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0128-02

Abstract： Circuit breaker plays a very important role in the stability and safe operation of power system and mainly realizes to cut off the fault line with load and isolate the arc of fault point. This paper expounds the fault types and causes of circuit breaker. The main body faults， such as circuit breaker failure and misoperation， are introduced in detail. Finally， the circuit failures of the spring energy storage mechanism are summarized， and the relevant improvement measures and programs are proposed at the same time.

Keywords： circuit breaker； energy storage； fault； loop improvement

引言

斷路器是指能夠關合、承載和開斷正常回路條件下的電流并能關合、在規定的時間內承載和開斷異常回路條件下的電流的開關裝置。斷路器按其使用范圍分為高壓斷路器與低壓斷路器，高低壓界線劃分比較模糊，一般3kV斷路器主要品種有： 塑殼斷路器、塑料外殼式斷路器、漏電斷路器、小型斷路器、高分段小型斷路器、高分段小型漏電斷路器、小型漏電斷路器、照明配電箱、雙電源自動切換裝置、智能型萬能式斷路器。

1 某市供電局斷路器弊端簡述

現階段，某市局所轄站內110kV及以下電壓等級斷路器多采用彈簧操作機構。該機構通過儲能彈簧的伸縮存儲并提供斷路器分合閘操作所需能量，而不是直接來源于電磁力，相對于傳統的電磁操作機構，分合閘電流小，對電源容量的要求低，動作速度快，但也存在結構相對復雜，故障幾率相對較高的缺點。在運行過程中，線圈燒毀的事故時有發生，輕則將導致不必要的停電檢修，影響正常用電。重則導致當系統發生短路故障時，保護跳閘不能正常動作，造成越級跳閘，擴大停電范圍，造成嚴重的經濟損失。

2 分合閘線圈工作原理

分合閘線圈主要是電磁當儲能以動作于控制回路上，控制回路通上220V直流電時，線圈兩邊有電流通過，由于電磁感應原理，套在鐵芯上的空心線圈產生很強的磁場，吸引吸盤快速向上撞擊，使得彈簧儲存的能量釋放，斷路器完成分合閘動作。完成分合閘動作后，線圈兩端失電，又恢復至原來的位置。

3 常見故障原因分析

在分合閘過程中，線圈的作用在于打開儲能彈簧的閉鎖，其額定工作電流很小。斷路器完成分合閘是一個瞬間的動作，即在斷路器動作過程中，線圈兩端帶電時間很短，因此線圈是按照短時通過小電流的標準設計的。在運行過程中，如果發生故障，使得斷路器不能正常動作，控制回路長時間導通，造成線圈燒毀。

通過對控制回路進行分析并統計以往線圈燒毀的實際情況，發現故障原因通常有以下幾種：

（1）斷路器機構卡澀，動作不到位，傳動異常等。在這種情況下，當線圈通過額定工作電流時，彈簧能量不能正常釋放，造成線圈長時帶電而燒毀。

（2）控制回路電源電壓偏低。分合閘線圈的正常工作電壓范圍為：85%～110%額定工作電壓時，合閘電磁鐵可靠動作；65%～120%額定工作電壓時，分閘電磁鐵可靠動作。當由于故障控制回路電源電壓偏低時，由于通過線圈的電流偏低，產生的磁場強度偏低，吸盤撞擊速度不足以使儲能彈簧脫口，完成分合閘動作，也會造成線圈燒毀。

（3）彈簧未儲能。儲能電源和電機電源故障或儲能電源開關未合都會造成彈簧未儲能，若控制回路中無彈簧未儲能閉鎖，當發出合閘命令時，由于彈簧未儲能，不能完成合閘操作，線圈燒毀，這也是實際運行中線圈燒毀的一個重要原因。

（4）線圈老化受潮絕緣受損等造成其阻值降低，流過電流增大造成線圈燒毀。

（5）行程開關、斷路器輔助開關動作不到位等。

4 改進措施

針對斷路器機構卡澀、傳動異常，應采取“預防為主”的方針，結合檢修預試工作，對斷路器機構進行全面仔細的檢查、清理、維護，并做好機構傳動部分的潤滑工作，保證機構動作可靠到位。

針對控制回路電源電壓偏低，應在斷路器檢修期間做好動作電壓的測試等工作，保證電壓在規定范圍內時分合閘電磁鐵能正常工作，防止因控制電源電壓波動造成的斷路器不能可靠分合。

為防止回路電流過大引起的線圈燒毀，應該結合檢修工作測試分合閘線圈的直流電阻，如有過大偏差時應予以更換。

針對因在彈簧未儲能時回路不能可靠閉鎖，線圈長時間帶電引起的線圈燒毀，對機構控制回路做出以下的改進。

4.1 初步解決方案

將儲能回路中行程開關的常閉接點CK1與中間繼電器的線圈ZJ相串聯，并在合閘回路中串入中間繼電器的常閉接點。

當彈簧未儲能時，行程開關常閉接點CK1閉合，中間繼電器線圈ZJ得電，其常閉接點斷開，合閘回路將不能接通，線圈不會因長時帶電而燒毀，實現了未儲能閉鎖。

對方案進行進一步分析發現其存在以下的缺陷：

若行程開關故障，常閉接點CK1閉合不好，中間繼電器ZJ線圈失電，其常閉接點閉合。此時若進行合閘，由于彈簧未儲能，合閘動作無法完成，線圈仍會燒毀。

若儲能電源HM斷開，中間繼電器線圈失電，常閉接點閉合，也無法實現未儲能閉鎖。

若ZJ線圈本身故障，常閉接點一直閉合，也無法實現未儲能閉鎖。

4.2 改進后的方案

對方案做小幅調整，采用圖3所示的行程開關常開接點與中間繼電器常開接點相配合的方法實現未儲能閉鎖。

當彈簧未儲能時，行程開關常開接點CK2斷開，中間繼電器線圈ZJ失電，常開接點斷開，合閘回路不能聯通，實現了未儲能閉鎖。當彈簧儲能后，CK2閉合，線圈ZJ兩端得電，常開接點閉合，合閘操作可正常完成。

（1）若儲能電源故障，無論行程開關CK2處于通斷狀態，中間繼電器線圈ZJ兩端將失電，常開接點斷開，合閘回路不聯通。

（2）若行程開關CK2接點或者中間繼電器線圈ZJ故障斷開，常開接點處于斷開狀態，合閘回路不聯通。

通過以上對線圈燒毀原因的分析并針對性地提出改進和解決方法，將有效減少運行過程中線圈燒毀的概率，保證安全運行。

5 常規斷路器優勢

電力系統常用的10kV配網斷路器（包括真空）及高壓斷路器（SF6）等均具有通用性優點，具體表現在以下幾個方面：

（1）結構簡單：簡單的操動機構使結構更合理、零部件數量更加減少、動作更可靠。

（2）高可靠性：適用于各種特性的重合閘操作。

（3）全工況：采用立式的絕緣筒防御各種特殊環境影響。

（4）免維護：全面采用長效潤滑脂無油軸承，保證產品長期使用實現了維護。

（5）功能齊全、多種用途：可以固定式安裝，也可移開式使用，還可安裝于框架上使用。

（6）標準化設計：互換性好、通用性強，特別適用于KYN28（GZS1）使用。

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