斷路器彈簧機構儲能故障分析

胡向峰 朱儷

摘要：隨著社會的發展，科學技術的發展也有了很大的創新。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。

關鍵詞：斷路器;彈簧機構;儲能故障分析

引言

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。

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。

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。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

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。

4.3儲能故障檢查

儲能系統故障可以分為機械部分故障和儲能回路故障。手動儲能正常，說明儲能故障可能是電路故障引起的。該機構儲能采用直流電機，功率為900W，電機電源AC220V，通過整流模塊整流后變為DC220V。用萬用表測量直流電機整流模塊的輸入電壓，為AC220V，電壓正常。拆除直流電機側的電源接線，用萬用表測量電機輸入端的電阻，顯示為無窮大，說明電機勵磁回路或電樞回路存在故障。該直流電機的勵磁方式為串激式，電樞電源和勵磁電源通過電機兩側的電刷相互連通構成回路。電刷安裝于固定端蓋內，電刷與電機轉子之間的接觸壓力來自電機上與電刷配套的彈簧壓力。

4.4儲能故障分析

故障原因是電機電刷與轉子接觸不良導致電機回路斷電。造成電機電刷與轉子接觸不良的原因主要有以下幾點。（1）彈簧疲勞變形壓力不足。用于保持電刷與電機轉子接觸壓力的彈簧由于疲勞變形、壓力不足，在斷路器進行分、合閘操作、電機起動及運轉過程中，振動會使彈簧壓力不能正常作用于電刷上，使電機電樞回路與勵磁回路的連接斷開，電機電源回路不通而失電。（2）電刷與轉子接觸面臟污。斷路器機構箱密封不良，內部受潮比較嚴重，積污較多。該電機轉子為敞開式，直接暴露于空氣中，轉子表面氧化嚴重，電刷與電機轉子接觸面臟污，造成接觸不良。（3）電刷磨損嚴重。經現場測量，電刷長度為8.5mm，而技術文件要求電刷長度為不小于10mm。由于電刷嚴重磨損后長度尺寸。

結語

認真落實設備定期輪換制，讓操動機構各部件得到適度運動，避免常年運行于一種狀態而出現局部部件異常，最終導致設備故障。

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