罕見的合閘線圈異常導致的斷路器三相不同期故障分析

姚曉君 孫 珂

（1.國網江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司，江蘇 蘇州 215000；2.國網江蘇省電力有限公司徐州供電分公司，江蘇 徐州 221000）

0 引言

在220 kV 及以上的變電站中， 三相分體式的斷路器是常用的斷路器設備。比起三相一體聯動式的斷路器，三相分立式的斷路器更容易出現三相不同期的故障，往往這種故障是由三相的分合閘線圈存在異常導致的。 分合閘線圈的故障通常有線圈自身工藝欠缺、機械卡澀和分合閘傳動回路故障三個方面的原因[1-2]。在現場時常遇到機械卡澀導致線圈不動作進而燒毀、線圈絕緣不足導致短路、鐵芯材質問題導致剩磁等各類原因， 造成分合閘時線圈故障或動力不足等，在三相聯動的斷路器上就表現為斷路器“拒動”，而在三相分立式的斷路器上則表現為“拒動”或“三相不同期”故障[3-4]。 而三相不同期故障則可能導致斷路器損壞、線路過電壓等危害設備和電網的事故。 本文對一起合閘線圈異常引起斷路器三相不同期故障的現象和排查消缺過程進行了分析和總結，提出了可行的改進和預防措施。

1 故障簡述與初步排查

某年12 月，江蘇某地西門子公司3AT3EI 型號的斷路器合閘時發生 “三相不一致”動作，后臺顯示A相未合閘， B、C 相合閘后即跳開。

現場檢查斷路器三相均在分閘位置，非全相繼電器時間整定值正確，A 相SF6 壓力、 操作機構油壓均在額定范圍，機構內合閘總閉鎖繼電器動作。 嘗試就地操作，A 相未動作，B、C 相正確動作，隨后三相不同期動作。 故障排查范圍縮小至A 相。

A 相合閘線圈阻值及電位均正常，合閘回路無虛接、松動，對A 相合閘回路加直流脈沖電壓到110 V，斷路器未動作。 排查范圍縮小至A 相合閘線圈。

該合閘線圈型號為3AX6002-2/204，由兩個可分別作用的線圈組成， 鐵芯一頭與頂桿螺桿相連接，在線圈通電后鐵芯動作觸發機構的合閘動作。合閘動作完畢后，合閘回路失電，由彈簧帶動頂桿螺桿和鐵芯恢復原位。 經測試，備用線圈也無法進行電動合閘。

嘗試手動按壓合閘線圈的鐵芯，發現按壓時有遲鈍卡澀感。 手動按壓合閘線圈多次后，再使用電動合閘，可正常合閘。初步得出故障原因：合閘線圈內部存在卡澀導致合閘力不足，經過多次手動按壓后，線圈內部卡澀消失，故障排除。

然而在進行三相就地電動測試時，會隨機出現以下幾種情況：

（1）斷路器三相都合閘成功。

（2）A 相拒動，B、C 相合閘成功， 觸發三相不同期，B、C 相再分閘。

（3）三相都動作，但 A 相明顯滯后于 B、C 兩相，可通過合閘聲音進行分辨。

至此，故障現象呈現復雜化。經反復測試，當兩次合閘的間隔時間較長，故障可復現。 手動按壓A 相合閘線圈，存在遲鈍粘滯感，多次按壓后，遲滯消失，鐵芯可靈活動作。線圈靜置片刻，粘滯感逐漸增大，推測合閘線圈內存在有粘性的物質在粘連線圈內某部件，需將合閘線圈拆卸解體進一步檢查。

2 故障深入排查與分析

合閘線圈解體后，發現合閘鐵芯端面(連接螺桿側)有黃綠色膠狀物，調整鐵芯行程的固定塊表面（鐵芯側）有一層淡黃綠色油膜，用手接觸有明顯粘性的感覺，在復位彈簧作用下鐵芯與鐵芯行程固定塊發生粘合。

手動將鐵芯端面與鐵芯行程固定塊吻合在一起，等待時間稍長，按壓鐵芯又會感覺遲鈍卡澀，初步分析認為鐵芯端面和調整鐵芯行程的固定塊表面有粘性的膠狀物質造成鐵芯動作延遲、 拒動或動作功增大。 該黃綠色的膠狀物質為專用的防松膠，用于保證鐵芯與頂桿螺釘的緊密連接、不會相對轉動而影響線圈動作電壓。

根據斷路器的機構箱的情況進一步分析防松膠溢出的原因，可知分、合閘線圈安裝在密閉的箱體內。鐵芯處于水平放置狀態，而且距離機構箱內加熱器的很近。加熱器常年投運，合閘線圈附近空氣溫度較高，螺桿表面的防松膠受熱流出，鐵芯合閘運動中螺桿表面的防松膠液逐步在鐵芯端面積累，形成一層淡黃綠色防松膠油膜。

3 故障處理

在更換A 相合閘線圈后，對斷路器進行機械特性測試，合閘動作特性正常。 然而測試中發現A、B、C 三相分閘不同期超過10 ms。對A、B、C 相的分閘線圈拆解檢查， 發現也存在防松膠溢出導致粘連的情況：A相分 1 線圈、B 相分 1 線圈、C 相分 2 線圈的鐵芯按壓時有輕微卡澀，解體后檢查發現調整鐵芯行程的固定塊表面（鐵芯側）和鐵芯端面同樣也有一層粘性物質，導致鐵芯動作時遲鈍、不同期超標。 通過技術分析并與廠家溝通， 明確清除該防松膠并不影響鐵芯動作，但必須保證緊固螺母完全緊固，以確保線圈的動作電壓不改變。對固定塊表面（鐵芯側）和鐵芯端面粘性物質進行清洗、裝配后，進行斷路器分合閘特性測試，數據均合格。

4 事后總結與防范措施

由合閘線圈內部防松膠長時間受熱流出導致鐵芯粘連從而造成合閘失敗、 表現為斷路器三相不同期動作的故障屬于相對比較罕見的情況。 故障與分合閘線圈設計、機構箱內排列位置以及工作環境密切相關。通常的控制回路檢查、線圈阻值測量、手動測試等常規排查故障的方法難以發現癥結所在， 而且隨著多次手動動作，其故障癥狀會減輕乃至消失，也進一步使得故障現象復雜，增大了排查難度。針對此種類型的線圈故障與隱患，筆者提出以下幾種可行的處理方案：

（1）應結合停電檢修，對分合閘線圈進行檢查，防患于未然；（2）更換工藝更好、性能更穩定的防松膠；（3）如無更好工藝的防松膠，對于存在防松膠溢出的線圈，應徹底清潔防松膠，并確保緊固螺母緊固良好；（4）優化機構箱內加熱器的分布位置，避免分合閘線圈長時間受熱。