佘冰

【期刊名称】《《技术与市场》》

【年(卷),期】2019(026)012

【总页数】3页(P74-75,78)

【关键词】弹簧机构; 分合闸线圈; 烧毁; 处理措施

【作 者】佘冰

【作者单位】广东电网有限责任公司 惠州供电局 广东 惠州516000

【正文语种】中 文

0 引言

在电力系统运行中经常会出现10 kV高压断路器分、合闸线圈烧毁的故障。当电气设备发生事故时，如果因断路器分闸回路断线导致断路器拒动，将会造成断路器越级跳闸，扩大事故范围，导致大面积停电，甚至引起设备烧损、火灾的严重后果；此外，在合闸回路完整性遭到破坏时，也将致使线路不能正常送电，降低设备供电可靠性，因此，必须针对性进行原因分析并提出切实可行的预防措施，提高设备可靠性，确保系统稳定运行。

1 两起分合闸线圈烧毁案例

案例一：2017年06月12日，220 kV某变电站#2主变低压后备保护动作出口，跳开主变变高2202、变中1102、变低502开关，造成10 kV 2M母线失压，损失负荷40 MW，占全市负荷4.72%。现场检查发现，#2主变变低502开关柜由于内部故障造成低压后备保护动作。经现场外观及试验检查，确定本次事件故障部件为10 kV 2M母线侧5022刀闸，根据保护配置及故障发生部位，事件发生时应由502断路器动作跳闸来隔离故障点，但502断路器未及时动作，进而导致#2主变三侧开关跳闸。检查502断路器分闸线圈发现，线圈固定外壳有裂痕，线圈固定螺栓有松动。该分闸线圈封在1个塑料座内，塑料座通过3个螺丝固定在开关柜操作机构的1块垂直钢板上。通过检查发现，该塑料座螺孔部位有2条裂痕，与之连结的螺栓也明显松动。真正起作用的只剩1颗螺栓。整个分闸线圈固定不牢靠，用手触碰感觉有明显的松动。最后确认变低开关柜延迟动作的原因如下：该型开关柜分闸线圈固定塑料座质量不良，容易开裂，导致分闸线圈固定不良。由于分闸线圈未固定牢靠，同时短路故障发生在开关柜内，开关柜本体的振动和分闸线圈的抖动消减了动作铁芯一部分能量，不足以使分闸脱扣装置脱扣，直到低压后备保护动作后，分闸动作铁芯才将脱扣装置顶开使断路器分闸。

案例二：2018年01月08日，110 kV某变电站型号为 ZN28A-10Q/1250-31.5的10 kV断路器报控制回路断线故障，现场检查开关机构在分闸位置，二次显示在合闸位置，且现场伴有浓重的烧焦糊味，检查机构底部有一枚螺栓脱落。检修班员开盖检查，发现分闸线圈烧毁，现场线圈标签受热脱落，表面已附着黑色胶状体(见图1)，伴有浓重的焦臭味；同时发现，辅助开关转动连杆固定穿销断裂且松脱，开关分合闸动作产生振动，螺栓脱落，最终导致连杆脱落。开关分闸后，辅助开关无法切换至正确对应位置，二次显示开关仍在合闸位置。

图1 线圈绝缘烧蚀

2 原因分析

根据以上案例，通过与兄弟部门沟通，了解发现线圈故障频发且成因很多，严重影响电网安全稳定运行，事故原因值得探讨和考究。本文以最常见的10 kV高压断路器弹簧机构为例，针对分合闸线圈烧毁故障展开深层次的原因分析。

1)断路器弹簧机构有别于电磁机构，它不是断路器动作的直接动力，它仅用于弹簧的能量释放，所以它的正常工作电流一般很小，分合闸线圈的真正作用是打开闭锁弹簧能量的销子，这个冲击力的大小取决于线圈磁场强度，而且此电流只需在工作那一刻使线圈产生打开闭锁弹簧能量的销子所需动力即可。因此，分合闸线圈的额定电流定的较小。可是，这也带来了分合闸线圈长时间通过额定电流或是通过大电流时会直接破坏线圈绝缘，烧毁线圈的问题。实践表明，如果线圈通过额定电流持续时间超3～5 min线圈就会烧毁。

2)根据10 kV断路器的控制原理，它的电流通断是断路器辅助接点控制的，若分合闸线圈通过电流时产生的冲击力不能释放弹簧能量，断路器就不会动作，同时切断线圈电流的断路器辅助接点不能正常打开，线圈会一直带电，时间稍长，便会烧毁线圈。因此，只要找到不能释放弹簧能量或辅助开关不能正常切换的原因，也就找到了烧毁线圈的原因。

2.1 线圈铁芯机械卡涩

分合闸线圈是一个空芯线圈，根据通电线圈磁力公式:F=A×(I×W)2，(F是吸力，单位牛顿；I是线圈电流，单位安培；W是线圈匝数，无单位；A是与线圈横截面积、铁芯材料、气隙等相关的参数)，通电时线圈会产生一个较强的磁场，推动铁芯往上快速移动，顶开储能弹簧的锁扣，使弹簧迅速释放能量带动断路器快速分合闸。当线圈失去电源后，磁场消失，铁芯在复位弹簧作用下复位，恢复到初始状态，整个过程时间非常短。如果高压开关柜内有积灰受潮情况，长时间会导致铁芯生锈或内部积灰，造成铁芯运动时卡涩，当接通分合闸回路电源时，铁芯运动受阻，磁场作用力无法推动脱扣机构，致使线圈长时间通电继而烧毁(见图2)。

图2 分闸线圈积灰，铁芯锈蚀，动作不可靠，长期通电致使烧毁

2.2 辅助开关及附件故障

1)当高压室内受潮情况严重时，辅助开关内部的触点会出现受潮粘连的情况，这样在开关分合闸操作时，造成辅助开关触点切换不灵活。

2)当辅助开关行程不合理时，开关在分合闸操作时，辅助开关触点切换不到位，造成线圈长期通电。

3)开关正常分合时，振动比较大，长期运行的设备，由于开关的多次分合闸操作导致辅助开关的拐臂螺丝松动，使辅助开关不能正常、准确的切换。以上情况都会导致辅助开关在开关动作时，触点无法同步切换至正确位置；出现了动作行程滞后，使得辅助开关出现拉弧现象(见图3)，同时导致线圈长时间通电而烧毁线圈。

图3 辅助开关拉弧现象

2.3 控制回路电压波动影响。

控制母线电压产生波动，影响流过线圈的电流值。若控制电压升高，将破坏线圈绝缘，影响线圈性能，降低线圈可靠性；若控制电压降低，会影响线圈动作电压，严重甚至导致开关拒动、线圈烧毁。

2.4 线圈底座安装不符合规范要求

近几年，有些厂家为了节约设备成本，偷工减料，出厂的开关柜内线圈采用塑料固定底座，随设备运行时间的增长，线圈底座容易老化，造成线圈固定不牢固，当分合闸回路通电时，线圈抖动削减了铁芯一部分能量，铁芯冲击力不够，顶不动脱扣机构，对电网安全运行造成严重影响。

2.5 线圈质量不达标

①如果线圈出厂时电阻值偏差大，在实际运行中，当分合闸回路通电时，分合闸线圈产生的磁力不够，会造成铁芯冲击力不足以顶开脱扣机构，会造成线圈长时间通电。②线圈出厂时所用的铜丝不符合要求，线圈在实际运行中，在额定电压冲击下容易发生绝缘击穿或铜丝烧断，导致线圈烧毁。

3 故障处理和防范措施

1)铁芯的机械故障情况一般出现在运行时间比较久的开关柜，对10 kV弹簧机构开展日常维护时，必须检查分合闸线圈动作是否灵活，铁芯是否出现卡阻的现象。如果出现铁芯动作卡涩，应立即采取措施，将线圈拆除，取出活动铁芯，清洁线圈里铁芯活动空间，将铁芯表面清洁并均匀涂抹凡士林进行润滑；重新复装铁芯后，按压数次使其内部充分润滑，铁芯活动顺畅后，将线圈重装回开关机构。

2)在对10 kV弹簧机构开展日常检查维护类工作，或者是处理线圈烧毁故障后，必须检查辅助开关触点及其拐臂螺丝是否完好，连杆开口销是否插入并打开，连杆转动是否顺畅，触点切换是否正确、灵活可靠；若发现辅助开关外观有烧黄或者是动作不畅的情况，则应遥控断路器分合闸，观察辅助开关与线圈配合情况，出现线圈延时复归或者辅助开关触点拉弧的不良现象，应重新调整辅助开关行程或准备备品进行更换，最终使得辅助开关与断路器分合闸位置正确、有效地配合。

3)按检修周期开展开关柜A、B、C修计划，确保设备工况良好。定期跟踪分析开关分合闸机械特性测量和分合闸电磁铁的动作电压检测结果，检查断路器的自由脱扣是否正常，分合闸脱扣装置的扣入深度符合要求。断路器的低电压动作试验是否按厂家设备要求可靠跳闸。

4)关注线圈固定底座材质，严把验收关。据广电生部(2016)7号文，广东电网有限责任公司提出的《提高开关柜运行可靠性工作方案》的要求，在断路器日常维护工作中，应检查线圈底座材质，若出现塑料底座，对底座及其固定螺丝开展外观及紧固性检查，确保线圈固定良好；同时，结合开关柜预试和检修，安排计划进行更换，避免因线圈固定底座缺陷，导致线圈烧毁事故的发生。此外，在10 kV断路器投运前，把好设备验收质量关，检查线圈固定底座和撞针，发现分合闸线圈底座为塑料材质，立即要求厂家整改为金属底座。

5)用万用表测量分合闸线圈电阻，测量的电阻值大小不在标准范围之内的，要及时更换；同时，采取先进手段，购置脉冲测试仪，对新线圈进行脉冲测试试验，检测线圈匝间绝缘，确保线圈质量，并定期跟踪排查隐患。对于在运开关柜分合闸线圈，可结合开关柜预防性试验和检修，采用脉冲测试方式，开展分合闸线圈匝间绝缘检测，检测不合格的分合闸线圈应及时更换。

6)对二次回路进行改进。通过二次回路加装定时断开功能的时间继电器和触点配合；或者在继电保护装置控制回路中，设置监测程序，当分、合闸操作命令发出后，经一定时间(具体时间因保护装置及断路器的不同而不同) 后仍未收到断路器正常分、合闸的信号时，能自动将分、合闸控制回路电磁小开关断开，并及时发出“控制回路断线”信号，从而杜绝线圈长时间通电引起烧毁事故的情况。

4 结语

分合闸线圈烧毁故障频发，严重影响了电力系统的正常生产运营，增大了设备维护检修人员的工作量，更是为人身、设备、电网安全埋下隐患。针对10 kV高压断路器弹簧机构分合闸烧毁故障的主要原因，应提高设备维护工艺、进行不良设备规范化整改、引进新型设备监测和二次回路配合改进的预防措施，全方面覆盖，保障了设备供电可靠性，创造良好的经济效益和社会效益。

【相关文献】

[1] 谭志奇.10 kV弹簧操作机构断路器分合闸线圈烧毁原因分析及对策[J].电力学报，2006(1).

[2] 蒋超伟.断路器弹簧机构常见故障分析与处理[J].电力安全技术，2008(7).

[3] 宋艳军，张志伟.合(分)线圈烧毁原因分析及处理[J].河南电力，2013(3).下载本文