淺析框架式斷路器故障維修案例和維護檢測

陳會梓

（民航華東空管局技術保障中心區管動力設備室，上海 200335）

1 引言

常用的空氣斷路器有塑殼式空氣斷路器和框架式空氣斷路器，其中框架式斷路器額定電流大、分斷能力強，可安裝多種功能的脫扣器和輔助節點。因此其往往作為保護較大容量的低壓電氣設備，使其免受過電流、欠電壓，短路等不正常情況下的危害。一旦發生故障性跳閘，便會帶來非常大的影響。本文對框架式斷路器發生的典型故障進行分析，對今后框架式斷路器維護檢測提供參考建議[1]。

2 框架式斷路器保護單元故障引起誤動作

2.1 事件經過

某地配電房發生市電進線框架斷路器跳閘事件，由于該臺站另一條線路處于供電部門檢修狀態，因此造成該臺站市電停電[2]。由于柴油發電機組啟動供電，沒有造成嚴重后果。在排除外部故障前提下運行人員應急將庫存備用斷路器替換并恢復送電。

2.2 故障排查分析

該型開關為 ABB,型式：F,型號：F4S5000R4000PR1/PCD3P,斷路器整定參數：L段過載長延時0.7IthA曲線，S段短路短延時6Ith D曲線，I段速斷保護15Ith,G段OFF。當時斷路器跳閘前運行電流大致在1800A左右，末端設備運行正常，配電房也無異味，跳閘后總進線斷路器藍牌彈出，現場運行人員應急調用備件斷路器恢復了供電。故障斷路器整定電流為0.7倍額定電流，跳閘前實際運行電流只達到了整定值的64%，參考L段電流動作曲線,正常情況下未達3360A斷路器不應動作，參考S段定時限根據整定需達到24kA才會驅動短路保護動作，I段速斷保護根據整定需達60kA才會驅動短路保護動作，現場情況也排除了該斷路器出口端及未端設備短路導致開關跳閘的可能，故障基本鎖定為斷路器本體。

圖1 框架式斷路器藍牌彈出

2.3 設備檢測

根據之前的現象斷路器跳閘唯一能讓藍牌彈出的只有保護脫扣器驅動脫扣線圈YO1動作，因此將斷路器檢測重點放在測試脫扣器及CT，對于保護單元測式，由于過流L段保護曲線是反時限特性，其時間電流特性曲線滿足T=K/I2。為能準確檢測出保護單元的動作特性是否正常，則必須采取同一特性曲線上測試不同電流段的方式來進行檢測，為能達到測試的準確性，本次通過對圖2保護脫扣器檢測同一段保護段測試3種電流。

圖2 PR1/P保護脫扣器

脫扣器檢測流程：

①使用ABB專用TS3檢測裝置檢測PR1/P脫扣器L/S/I三段曲線。

②用萬用表檢測A、B、C三相CT阻值是否平衡。

圖3 現場檢測

2.4 L段脫扣曲線示例（圖4）

圖4 R4000PR1/PCD3P L段脫扣曲線示例

2.5 檢測結果

經過對保護脫扣器測試并記錄相應數據,發現存在異常情況。

測試表中脫扣器L段過流保護根據反時限特性T=K/I2在3倍In(額定電流)時動作時間應為10000ms,但實際動作值為1226ms。當1倍In動作電流下脫扣器應不動作，但測試結果在8200Ms時斷路器動作，存在低于額定電流運行[3]。

CT測試數據：A相79.7,B相79.8,C相79.9

圖5 R4000PR1/PCD3P L段脫扣曲線示例

通過檢測發現框架式斷路器保護脫扣器失效，運行多年后內部元器件處于劣化階段，直接影響脫扣器的動作特性，使脫扣器的脫扣曲線偏離正常值，造成了在額定電流以下運行，出現脫扣器動作的情況[4]。在確定故障原因后,更換了框架式斷路器的保護脫扣器，保證了斷路器的正常使用。

3 框架式斷路器操作結構故障導致自動合閘故障

3.1 事件經過

某地配電房發生幾臺框架式斷路器都自動合閘故障現象，即斷路器自動儲能后操作機構合閘，而后繼續儲能后發生自動合閘現象。由于框架式斷路器不停進行自動合閘，導致其外殼出現破損。由于斷路器后端均為重要回路，現場運行人員及時斷開斷路器儲能回路電源，暫時性消除了斷路器自動合閘現象[5]。

如圖6所示拆除最左側U1/U2儲能馬達回路電源線。

圖6 斷路器最左側接線端子儲能馬達回路電源線

3.2 故障排查分析

對負載進行計劃停電，斷路器退出運行后進行檢測，存在問題：

①手動完成儲能后，操作機構無法自鎖，儲能彈簧能量直接釋放導致斷路器合閘機構頻繁自動合閘；

②出現故障的E1N800A斷路器儲能后，操作機構自動合閘，內部操作機構部分機構出現卡鎖現象，導致三連桿無法自鎖，直接釋放；但操作機構尚未損壞；

③出現故障的斷路器儲能后，操作機構自動合閘，內部操作機構部分機構出現卡鎖現象，導致三連桿無法自鎖，直接釋放；操作機構右側支撐板已損壞變形，無法保證以后機構的可靠性；

圖7 斷路器操作機構右側支撐板變形

④斷路器儲能電機、分合閘線圈動作性能基本正常,主觸頭形態完好，引弧觸頭測試間隙基本正常,絕緣檢測正常,保護脫扣器功能曲線檢測正常。

3.3 故障原因

根據維修設備以上故障現象和設備檢測情況，故障現象主要為主操作機構無法自鎖，導致了斷路器儲能動作完成后，立即自動釋放，從而引起斷路器自動合閘故障。部分機構因此導致機構變形，出現不同程度的損傷[6]。由于操作機構內部部分元件缺乏潤滑，導致部分機構卡死，從而引起機構無法有效可靠的復位，從而引起斷路器誤動作現象出現。因此框架式斷路器需定期維護，保證內部操作機構的良好性能。尤其是斷路器背部操作機構需要深度維護，保證斷路器操作機構的可靠性。斷路器使用一定年限后，隨著斷路器設備使用的年限不斷增加，設備元件和元件中所用的潤滑油出現老化和潤滑油干澀生成的油漬導致內部操作機構某些元件卡鎖現象，從而引起本故障現象的發生。

后續對框架式斷路器已出現機構損壞的元器件進行更換維修，再對斷路器進行相關性能測試，確保斷路器修復并且斷路器所有性能正常，從而保證斷路器的可靠運行[7]。

可見斷路器本身質量原因概率較低，而由于機構內部潤滑脂干澀的油漬引起的故障概率較高。框架式斷路器需每兩年進行一次深度維護，以保證設備動作的時效性和及時性，避免因故障出現后，設備機構相關元件損壞，負載斷電影響擴大。

如圖8為斷路器老化曲線，可見在有無預防性維護的情況下，斷路器本身性能的變化曲線。

圖8 斷路器老化曲線

綜上所述，斷路器在整個生命周期過程中，電氣設備的穩定性隨著使用年限的增加逐漸降低。電氣設備老化的主要因素：環境因素（溫度、濕度、灰塵、腐蝕性氣體…），使用條件（分斷電流、操作次數、諧波…）等等因素。同時惡劣的環境和使用條件一定會加速設備的老化、磨損、甚至發生故障。根據斷路器生命周期規律，制定預防性維護檢測計劃，建議每兩年對框架式斷路器定期進行預防性維護可以提升斷路器穩定性能，延長其使用壽命。對于短路、跳閘或惡劣環境等情況，應適當考慮縮短維護周期。

其中主要包含四個方面：

①觸頭檢測，包括使用專用設備檢查動靜觸頭動作配合情況、接觸情況（如檢查接觸電阻等），平整、校驗觸頭，改善觸頭狀態，必要時更換觸頭；

②機構檢測，包括機械儲能，分、合斷路器，觀察、測試機構關鍵部件運行狀態，專業潤滑，調整或更換故障的機構零件；

③電氣和機械附件功能檢測，包括檢查電氣和機械附件及其連接，包括CT、二次接線、分合閘線圈、脫扣線圈、機械聯鎖等，確保各項附件能提供正確的功能，保證斷路器的可靠運行；

④保護特性檢測，包括使用專業儀器對脫扣單元進行測試，檢查脫扣器動作曲線，防止拒動、誤動，確保脫扣器能提供正確的保護功能。

因此開展框架式斷路器有效的預防性維護檢測，可以使其更好的可靠運行，同時可適當考慮增加框架式斷路器備件。避免故障性停電或長時間停電對運行對負載帶來極大的影響[2]。