断路器分合闸线圈的绝缘缺陷与改进措施分析

断路器分合闸线圈的绝缘缺陷与改进措施分析

刘春霞

（大庆油田第三采油厂第五油矿黑龙江大庆163000）

摘要：断路器是电力系统中的重要设备，分合闸线圈是断路器机电一体化的核心部件，断路器性能的可靠性很大程度上取决于操作机构的可靠性。据统计，操作机构故障占断路器总故障发生比例约为50﹪，而分合闸线圈是其操动机构的关键部分，反应了其运动特性。本文介绍了分合闸线圈结构和工作原理，分析断路器常见典型的分合闸线圈缺陷，提出了合理的检修建议。

关键词：断路器；分合闸线圈；绝缘缺陷；改进措施

1分合闸线圈的结构及原理

1.1分合闸线圈的结构

分合闸线圈分为电气部分、机械部分。电气部分主要包括电磁线圈、动铁心、顶杆；机械部分包括线圈外壳、固定螺栓、调整螺栓和复位弹簧。当线圈中通过电流时，动铁心受到电磁力作用，带动顶杆运动，顶杆撞击分、合闸掣子，打开凸轮，释放弹簧，实现断路器分合闸。当线圈中电流消失后，在复位弹簧的作用下，动铁心复位。操作时，分合闸线圈电流波形包含很多信息[7-14]，电流波形真实反映了线圈得电到铁心开始运动、铁心运动过程、铁心运动停止后、辅助接点分断等过程的工作情况。

1.2线圈产热

断路器操作过程中线圈电流产生的热量来不及向周围散发，可看成一个绝热的过程，产生的热量将使线圈导线及绝缘层温度升高，若导线绝缘层存在薄弱点或缺陷，将使绝缘层破坏，造成线圈故障。

2分合闸线圈的故障分析

2.1线圈内部存在匝间或层间短路

针对某系列存在系统性缺陷的故障线圈进行分析，发现在靠近铁芯的附近几层，发现了非常明显的匝间短路点，短路点附近的漆包线由于高温作用，表面发蓝，如图2所示。经现场试验，断路器分合闸线圈直流电阻下降，基本不影响断路器动作性能。动作时间均合格，断路器可靠动作，但由于线圈直阻下降，通过线圈的电流增大，最终导致线圈烧损。初步判断造成线圈直流电阻下降是由于线圈制造过程中的绝缘薄弱的所引起。在运行过程中，薄弱点受励磁电流影响最终受损。

造成线圈绝缘性能下降的原因除了线圈自身原因之外，还与以下几点有关：线圈的安装位置的温湿度；线圈所接二次回路的正常运行时的负荷电流的大小和动作持续的大电流有关，即回路中串接的电阻过少有关；控制系统电源不稳定，加载在线圈两端的电压过高，导致线圈绝缘击穿或通过线圈的电流过大，烧毁线圈；辅助开关接点开断间隙小，灭弧能力差，切断电流时容易引起电弧重燃，延长线圈通过较大电流的时间，使线圈绝缘性能下降。

2.2线圈动作电压不正确，造成的误动或拒动

高压断路器动作电压合格，一方面可以避免当二次直流系统在绝缘降低、高阻接地及强电磁场干扰等情况下，可能在断路器分合闸线圈两端引入暂态直流电压，引起断路器误动作；另一方面可以保证二次直流系统容量不足时断路器的可靠动作。根据《输变电设备状态检修试验规程实施细则》规定，操动机构分、合闸电磁铁或合闸接触器端子上的最低动作电压应在操作电压额定值的30%～65%之间；在使用电磁机构时，合闸电磁铁线圈通流时的端电压为操作电压额定值的80%(关合电流峰值等于及大于50kA时为85%)时应可靠动作，并不高于额定操作电压值的110％。因此，在设备状态检修时，要检查记录好线圈的动作电压是否满足规范要求，记录好线圈的动作电压和直流电阻。分、合闸线圈电阻检测，检测结果应符合设备技术文件要求，没有明确要求时，以线圈电阻初值差不超过±5%作为判据。若不满足要求，应及时做好相应的更换工作或处理措施。

2.3辅助开关不能正常变位，线圈长期通电而烧毁

从性能来看分合闸线圈是按短时通电设计的，只允许通过短时的额定电流。如果通过持续电流的时间过长就会导致线圈绝缘性能下降，最终烧毁。故最常见的分合闸线圈故障是其通过持续电流的时间过长。以10kV断路器机构箱为例，如图3所示，控制回路一直保持导通，线圈长期通过电流，以致线圈烧毁的原因如下：一是分合闸线圈出现松动，导致电磁铁心发生位移，使得动铁心与线圈内壁摩擦过大。由于线圈产生的电磁力不足以使得衔铁运动，顶杆无法正常触发拐臂，无法触发开关分合闸。二是连杆与线圈之间的行程调整不合适，或复位弹簧过于紧绷，连板死点调整不当，导致分合闸通过电流时产生的冲击力不足以推动机械动作线圈超载。三是由于操作机构时的震动，多次操作震动，慢慢地导致脱扣位置发生偏移，使得机构箱内连动机构松动脱落，当指令要求合闸线圈动作时，衔铁和辅助挚子之间空隙偏大，使得铁芯冲不动脱扣机构而拒合，合闸线圈动作没有到位。

3改进措施

出厂试验进行的直流电阻测试、耐压试验等常规手段无法发现漆包线的薄弱点，经研究，对进行线圈脉冲检测可有效发现这种缺陷[19-21]。脉冲检测的基本原理是在线圈一端输入正弦波，用示波器记录线圈另一端的输出波形，将这两端的波形、参数进行对比。若是线圈漆包线存在缺陷，输出波形将幅值降低、相位漂移；根据这两种变化，可方便剔除存在缺陷的线圈。线圈无内部缺陷时，脉冲试验的波形见图3，输入波形与输出波形完全重合。

在生产流程引入线圈脉冲检测，可明显提高线圈出厂合格率；也可以在断路器机械寿命试验中配置需考核的线圈，通过寿命试验验证线圈设计、制造工艺的合理性。

结束语

断路器验收和维护需关注以下几点：（1）分合闸线圈选型是否与保护装置控制回路相搭配，线圈的出厂试验参数如线圈绝缘性能、线圈的直流电阻、线圈的动作电压，均应满足技术规范的要求。（2）线圈的安装位置应满足规避误碰风险，散热良好，并且便于检修人员更换的要求。（3）状态检修时，做好线圈的性能参数的测试记录分析工作，对断路器的操作机构按规程执行机械特性检查维护，调整检查辅助开关应切换灵活，接触良好，确保线圈动作可靠。

参考文献

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