一种基于改变线圈结构解决断路器分合闸稳定性的方法

一种基于改变线圈结构解决断路器分合闸稳定性的方法

蒋浩晨 梁园

国网湖北省电力有限公司武汉供电公司 湖北武汉 430050

摘要：通过一次真实发生的断路器故障，阐述了弹簧机构断路器在分闸过程中出现分闸延迟情况的原因，结合变电站智能终端后台数据分析，判断该型断路器在操作后，机构动作的全部过程。同时也结合断路器的机械动作特性，分析和判断故障部件以及故障原因。最后得到的结论是断路器线圈铁芯形式不合理，机构脱扣方式存在缺陷，造成断路器未能及时动作，同时在文中提出一种使用改进型分合闸线圈从而改善断路器分合闸稳定性的方法。

关键词：断路器；机械动作特性；分合闸线圈。

高压断路器在电网中用于切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流，由具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力，在故障时可通过动作切断过负荷电流和短路电流，是电力系统中的重要设备。断路器可靠性很大程度上取决于操作机构。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，直接决定其运动特性。下面就一台110kV断路器在倒闸操作过程中出现延迟分闸的故障原因进行分析，并在分析后给出解决方法。

1 故障过程

某110kV变电站内一台110kV断路器由运行转检修时，操作人员执行分闸操作命令，断路器未正常动作，操作后台发“断路器控制回路断线”信号。21秒后，断路器分闸，同时重合闸动作，开关再次合闸。

2 现场检查情况

故障发生后，变电站运维人员立即检查一二次设备情况，包括发生故障时的保护信息，开关位置，及故障录波信息等，核对保护信息属实，保护装置正确动作，开关实际位置与系统接线图显示一致。

现场经过检查，保护装置接线正常，五防操作系统接线正常，运维人员操作顺序和方式正常，初步判断开关机构本体存在故障。检修人员对断路器进行机械特性试验，主要测试项目时断路器的启动电压和机械特性。测试中发现，断路器在分闸与合闸过程中，启动电压均由180V逐渐降低至100V左右，最后保持稳定。在启动电压稳定后，检修人员又对断路器的机械特性进行检测，发现断路器的合闸时间数据存在离散性，分闸时间可以基本保持稳定，其时间数据如下所示：

图1 合闸时间折线变化图 图2 分闸时间折线变化图

由于断路器设有两套分闸线圈，并且动作原理不同，所以需对两套分闸系统分别进行机械特性试验，结果发现主分闸（故障时动作的分闸系统）分闸时间不稳定，而备用的分闸系统时间能够保证在合格范围内且动作稳定。

3 故障原因分析

经过检修人员现场分析，发现故障主要原因存在于断路器分合闸线圈的铁芯结构和机构挚子脱扣方式上。

图3 断路器分闸线圈

现场检查时发现，开关二次回路、继电器及机构凸轮等部件检查未发现问题，线圈电阻78欧姆，功率为500瓦。符合出厂技术要求。

但线圈铁芯周围存在大量铁屑和灰尘等杂质，且手动拉拽动磁铁时有卡涩现象，特别是首次拉拽时卡涩现象比较明显，连续多次拉拽后线圈分合闸恢复正常，这也是开关在延迟分闸后，现场人员检查未发现任何异常的原因。

同
时，检修人员发现，分闸线圈铁芯与分闸扣板间连接不紧密，无法保证在最佳位置拉动分闸扣板，但分闸扣板不能保持在水平位置时，分闸时间就会出现波动。

图4 断路器分闸脱扣装置

据此判断：故障开关操作装置发出跳闸令后，开关分闸线圈励磁，但由于动静磁铁卡滞造成开关暂时拒动。待20秒后，由于线圈铁芯的克服机械应力开关分闸，由于分闸时间较长同时操作中未退出重合闸压板，开关重合闸动作。断路器分闸脱扣处挚子动作形式不合理，分闸脱扣器与挚子之间连接不牢靠，在脱扣器角度不正确的情况下，会发生分闸时间过长的情况。

4 处理措施

针对断路器存在的问题，存在以下几种解决方式，包括更换断路器机构、更换分合闸挚子、更换改进的分合闸线圈等三种方法。下面针对以上三种解决办法进行探讨。

4.1 更换断路器机构

解决断路器分合闸出现的故障，在排除断路器极柱和本体存在故障的可能后，更换机构是一种比较彻底、比较完全的解决办法。但更换断路器机构工作时间一般在四到五天，同时工作中需要使用吊车等特种车辆，施工难度较大、作业风险较高、安全风险较大，与此同时也会造成设备停运时间较长，给电网运行带来较大负担。一般而言，更换断路器机构适用于机构存在多处故障，如机构卡涩、二次元器件老化等，并且原机构已无维修价值。本次断路器故障在判断故障位于分合闸线圈和脱扣装置后，整体更换断路器机构意义不大。

4.2 更换分合闸挚子

本次故障中，断路器线圈在得到动作指令和电流启动后未能正常带动挚子脱扣运动，更换整套分合闸挚子也是一种行之有效的办法。更换分合闸挚子需要两天停电时间，同时需要拆除机构内弹簧、凸轮等机械部件，需要多名专业技术人员共同参与。考虑到该型断路器在电网中运行数量较多，更换分合闸挚子带来的停电风险和成本压力同样较大。

4.3 更换改进的分合闸线圈

分合闸线圈结构不合理是本次故障的主要原因所在。根据现场实际故障情况而言更换改进型分合闸线圈可以解决问题。更换后的线圈为156欧姆，功率400瓦，原机构分合闸挚子和机构可满足分合闸时间和速度要求。同时将断路器的主分闸线圈设置为脱扣装置下方的线圈，该线圈铁芯动作时，铁芯向上推动脱扣装置带动断路器分闸，避免了位置不对应造成的分闸应力过大的问题。

这种解决办法从成本、施工作业风险和停电带来的电网风险等多个角度来讲性价比最高。但缺点也比较明显，使用改进形式的线圈，需要保证新线圈与原有机构的脱扣器和分合闸挚子完全匹配，在确保能够正常分合闸的情况下同时保证分合闸启动电压、分合闸速度和分合闸时间满足运行和继电保护动作要求。

图5 更换后的断路器线圈

5 结论

断路器故障导致的事故在变电站运行过程中时常有发生，排除存在家族性、设计性缺陷的断路器外，其余的断路器故障都是若干小概率事故叠加造成的。本文的价值不仅仅在原因分析，更在于为其他不同型号断路器出现分合闸卡涩情况提供了一种解决办法，通过改善和更换分合闸线圈，改进分合闸线圈铁芯以及脱扣方式、合理使用主副分闸系统，从而保证断路器的可靠动作和稳定运行。同时本文也从变电设备和继电保护的角度分析了故障原因，为日后的检修与运维起到了一定的指导作用。

参考文献：

[1]张凯、杨佩佩、杨军亭、张广东、高立超.一起断路器机构故障引起的事故分析[J].高压电器, 2013(9): 119-123。