手車式真空斷路器合閘線圈燒毀故障分析處理

林　寧（廣西西江開發投資集團有限公司百色分公司，廣西 百色 533000）

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手車式真空斷路器合閘線圈燒毀故障分析處理

林寧（廣西西江開發投資集團有限公司百色分公司，廣西 百色 533000）

本文通過分析手車式真空斷路器合閘線圈燒毀案例，暴露了當前部分斷路器設計存在的一些缺陷，為真空斷路器及其輔助設備的設計生產和運行提供參考。

手車；斷路器；合閘

手車式真空斷路器是當前電廠中應用較廣的一種高壓開關設備，斷路器本體可以通過手車即手動底盤車移動將背部觸頭與母線分離，不需要隔離刀閘作為斷開點，此設計可節約投資，運行方式切換也很方便。但實際應用表明，仍存在的一些缺陷可能導致電氣事故發生。

某電廠2008年投運，自2011年起，同一型號的10kV手車式真空斷路器共發生了4次合閘線圈燒毀故障。前兩次故障出現時，技術人員已對斷路器相關電路和機構進行檢查，未發現異常，更換合閘線圈后能恢復正常運行。第三次故障出現后，也同樣經過檢查和更換線圈工作，但投運后仍立即導致了第四次合閘線圈燒毀故障出現。

作者分析認為之前的檢查流程并無不妥。每次更換合閘線圈后，均進行了合閘回路檢查、輔助接點檢查、機械特性數據檢測等工作。此后，斷路器通過手車搖出至試驗位置，分別在斷路器本體面板上手動合閘、遠方發令合閘多次，都能合閘成功。因此故障源應在切換斷路器工作位置與試驗位置的機構中。

在安全防護條件下，拆除斷路器后方封裝板，將斷路器搖入至工作位置并遠方發令合閘，觀察到合閘線圈鐵芯有動作，但合閘機構未見動作，同時同期裝置告警，合閘線圈一直處于得電狀態。立即復位合閘指令，近距離觀察合閘線圈，以手按動線圈鐵芯，發現鐵芯在打向合閘動作觸板的行程中被合閘閉鎖連桿阻擋，如圖1所示（箭頭代表設備的行走方向）。

圖1　合閘線圈動作示意圖

合閘閉鎖連桿是在斷路器本體的機械閉鎖結構，用于與手動底盤車相配合，當底盤車將斷路器拖離工作位置和試驗位置時，連桿直接上升至合閘線圈的行走路線中，阻擋線圈鐵芯觸動合閘動作觸板釋放合閘能量。合閘閉鎖連桿在開關柜中的位置如圖2所示。

圖2　開關柜柜內結構示意圖

開關柜中置固定滑軌有特定的凹陷區域，用于界定斷路器的位置是否處于工作位置、檢修位置、試驗位置。當底盤車載斷路器行走時，此滑軌固定不動，夾軌器隨斷路器行走，行走離開凹槽時，夾軌器被滑軌支撐張開并傳動至合閘閉鎖連桿。

如圖3所示，當夾軌器行走到BC位置、FG位置分別對應斷路器工作位、試驗位，合閘線圈應可正常動作；DE位置對應斷路器檢修位，CD、EF是過渡位置，這些位置都不允許合閘。實際操作發現，只要夾軌器開合行程略微大于BB′寬度，合閘過程就會受阻，這也是出于安全考慮的設計。

圖3　開關柜中置固定滑軌示意圖

基于上述的分析，最可能的情況是：某廠手車式斷路器的工作位置與底盤車的閉鎖機構未對應正確，導致合閘線圈卡阻燒毀。作者觀察，工作人員手搖底盤車至合閘位置后，取下搖桿的同時合閘閉鎖連桿有輕微向上移動跡象。底盤車為方便使用手搖，設計搖桿中心距地面約70cm，當搖至合閘位置后，取出搖桿的同時可能還有向上提的動作，盡管很輕微，也會導致少量的旋轉，最終使合閘線圈卡阻。提議工作人員搖好位置后水平取出搖桿，測試合閘成功。反復在斷路器試驗位與工作位變換測試合閘成功，故障得以解決。

盡管多次故障未造成明顯損失，卻必須引起高度重視。原因有：①合閘線圈燒毀后可能導致火災；②線圈卡阻后合閘指令仍未消失，而卡阻并非穩定的狀態，很可能因振動變化，也可能卡阻的位置給線圈鐵芯增加摩擦力，這些情況將導致發電機非同期并列。從穩定運行三年的情況可知，合閘閉鎖連桿是由于操作多次后出現導致故障的變化，所以文中的處理方法只是臨時解決方案，不能作為最終的運行保障。

要避免合閘線圈燒毀故障的發生和擴大，應首先檢查變更合閘回路，合理避免合閘線圈長期得電。因為合、分閘線圈是按短時工作制作設計的。遠方發斷路器合閘令的過程如圖4所示。

圖4　合閘指令順序示意圖

在上述指令流程中，只有斷路器本體操作機構具有合閘線圈自保持回路，如圖5所示，在合閘到位之前，合閘指令會一直存在。

圖5　斷路器合閘控制回路示意圖

作者認為這是一個不夠完善的回路設計。當斷路器符合并網條件時，同期裝置會在自身設置的導前時間之前發出同期合閘令。該廠的同期裝置導前時間為80ms，而該廠斷路器合閘時間為＜75ms。同期裝置發出合閘令的脈沖長度為160ms，當超時未檢測到合閘成功時裝置告警，此設備的設計為：合閘時間超出2倍導前時間時應停止命令輸出。這與斷路器本體的合閘控制回路設計思路明顯不同。若在本體回路中串聯160ms的時間繼電器（或軟件繼電器）應可避免線圈燒毀。

電廠技術人員的另一種看法認為，即使合閘脈寬只有2倍導前時間，假如合閘閉鎖連桿對線圈鐵心出現摩擦阻力的情況下，仍可能導致非同期合閘。因為根據《交流高壓斷路器參數選用導則》（DLT615-1997），252kV及以下斷路器的合閘不同期性不大于10ms。比合閘時間多出的80～90ms時間，足夠產生不同期因素。

作者認為，同期裝置在確定好同期點時，發電機已調節至與電網最匹配的工況，頻差已非常小，即使超出導前時間一定間隔合閘，仍應符合于同期點允許的偏差范圍。該廠采用的同期裝置，同期點后每超過20ms合閘相位角偏差不大于1°。根據《自動準同期裝置》（JBT3950-1999），導前相角允許范圍為± 5.4°。簡單計算，該廠斷路器合閘點可允許延后100ms。因此在自保持控制回路（圖5）S3-Y9中串聯160ms合閘指令不會面臨非同期并網，同時可徹底避免合閘線圈長時間得電燒毀。該回路原有的放跳功能亦不受影響。

通過設計限定的合閘指令時間解決線圈燒毀，是在不改動底盤車閉鎖機構的基礎上簡單快速實現的方案。但單獨采用此方案不能避免合閘鐵芯卡阻。還需要打磨開關柜中置滑軌的CD面，延長BC位置長度即工作位置在滑軌的對應距離，使工作位置稍微前移，避免人為操作的不確定性。打磨厚度視背部觸頭接合的行程而定，這個行程通常超過50mm，而打磨層只需要2mm即可。配合更換底盤車為電動底盤車亦可解決，但估算投資較高及改造時間長，影響生產效益。因此建議該廠采用修改控制回路及打磨滑軌方式為最優解決方案。

［1］《3AH3真空斷路器操作使用手冊》.

［2］《DPC型系列底盤車使用說明書》.

［3］《深圳智能同期裝置說明書》.

［4］《南瑞繼電保護裝置說明書》.

林寧（1979-），男，廣西貴港人，中級工程師，本科，多年從事電氣自動化管理工作。

TM561.2

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2095-2066（2016）17-0029-02

2016-6-5