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断路器弹簧机构储能故障分析

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  摘要:随着社会的发展,科学技术的发展也有了很大的创新。断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。断路器按其使用范围分为高压断路器与低压断路器,高低压界线划分比较模糊,一般3kV断路器主要品种有:塑壳断路器、塑料外壳式断路器、漏电断路器、小型断路器、高分段小型断路器、高分段小型漏电断路器、小型漏电断路器、照明配电箱、双电源自动切换装置、智能型万能式断路器。
  关键词:断路器;弹簧机构;储能故障分析
  引言
  断路器对电力系统的稳定和安全运行有非常重要的作用,它主要实现对故障线路进行带负荷切除,把故障点电弧消除隔离开来,文章阐述断路器的故障类型及产生原因,重点介绍了断路器拒动和误动等本体上的故障。最后对其弹簧储能机构存在的回路故障进行总结,同时提出相关的改进措施与方案。
  1某市供电局断路器弊端简述
  现阶段,某市局所辖站内110kV及以下电压等级断路器多采用弹簧操作机构。该机构通过储能弹簧的伸缩存储并提供断路器分合闸操作所需能量,而不是直接来源于电磁力,相对于传统的电磁操作机构,分合闸电流小,对电源容量的要求低,动作速度快,但也存在结构相对复杂,故障几率相对较高的缺点。在运行过程中,线圈烧毁的事故时有发生,轻则将导致不必要的停电检修,影响正常用电。重则导致当系统发生短路故障时,保护跳闸不能正常动作,造成越级跳闸,扩大停电范围,造成严重的经济损失。
  2分合闸线圈工作原理
  分合闸线圈主要是电磁当储能以动作于控制回路上,控制回路通上220V直流电时,线圈两边有电流通过,由于电磁感应原理,套在铁芯上的空心线圈产生很强的磁场,吸引吸盘快速向上撞击,使得弹簧储存的能量释放,断路器完成分合闸动作。完成分合闸动作后,线圈两端失电,又恢复至原来的位置。
  3常见故障原因分析
  在分合闸过程中,线圈的作用在于打开储能弹簧的闭锁,其额定工作电流很小。断路器完成分合闸是一个瞬间的动作,即在断路器动作过程中,线圈两端带电时间很短,因此线圈是按照短时通过小电流的标准设计的。在运行过程中,如果发生故障,使得断路器不能正常动作,控制回路长时间导通,造成线圈烧毁。通过对控制回路进行分析并统计以往线圈烧毁的实际情况,发现故障原因通常有以下几种:(1)断路器机构卡涩,动作不到位,传动异常等。在这种情况下,当线圈通过额定工作电流时,弹簧能量不能正常释放,造成线圈长时带电而烧毁。(2)控制回路电源电压偏低。分合闸线圈的正常工作电压范围为:85%~110%额定工作电压时,合闸电磁铁可靠动作;65%~120%额定工作电压时,分闸电磁铁可靠动作。当由于故障控制回路电源电压偏低时,由于通过线圈的电流偏低,产生的磁场强度偏低,吸盘撞击速度不足以使储能弹簧脱口,完成分合闸动作,也会造成线圈烧毁。(3)弹簧未储能。储能电源和电机电源故障或储能电源开关未合都会造成弹簧未储能,若控制回路中无弹簧未储能闭锁,当发出合闸命令时,由于弹簧未储能,不能完成合闸操作,线圈烧毁,这也是实际运行中线圈烧毁的一个重要原因。(4)线圈老化受潮绝缘受损等造成其阻值降低,流过电流增大造成线圈烧毁。
  4改进措施
  针对断路器机构卡涩、传动异常,应采取“预防为主”的方针,结合检修预试工作,对断路器机构进行全面仔细的检查、清理、维护,并做好机构传动部分的润滑工作,保证机构动作可靠到位。针对控制回路电源电压偏低,应在断路器检修期间做好动作电压的测试等工作,保证电压在规定范围内时分合闸电磁铁能正常工作,防止因控制电源电压波动造成的断路器不能可靠分合。为防止回路电流过大引起的线圈烧毁,应该结合检修工作测试分合闸线圈的直流电阻,如有过大偏差时应予以更换。针对因在弹簧未储能时回路不能可靠闭锁,线圈长时间带电引起的线圈烧毁,对机构控制回路做出以下的改进。
  4.1初步解决方案
  将储能回路中行程开关的常闭接点CK1与中间继电器的线圈ZJ相串联,并在合闸回路中串入中间继电器的常闭接点。弹簧未储能时,行程开关常闭接点CK1闭合,中间继电器线圈ZJ得电,其常闭接点断开,合闸回路将不能接通,线圈不会因长时带电而烧毁,实现了未储能闭锁。对方案进行进一步分析发现其存在以下的缺陷:若行程开关故障,常闭接点CK1闭合不好,中间继电器ZJ线圈失电,其常闭接点闭合。此时若进行合闸,由于弹簧未储能,合闸动作无法完成,线圈仍会烧毁。若储能电源HM断开,中间继电器线圈失电,常闭接点闭合,也无法实现未储能闭锁。若ZJ线圈本身故障,常闭接点一直闭合,也无法实现未储能闭锁。
  4.2改进后的方案
  当弹簧未储能时,行程开关常开接点CK2断开,中间继电器线圈ZJ失电,常开接点断开,合闸回路不能联通,实现了未储能闭锁。当弹簧储能后,CK2闭合,线圈ZJ两端得电,常开接点闭合,合闸操作可正常完成。(1)若储能电源故障,无论行程开关CK2处于通断状态,中间继电器线圈ZJ两端将失电,常开接点断开,合闸回路不联通。(2)若行程开关CK2接点或者中间继电器线圈ZJ故障断开,常开接点处于断开状态,合闸回路不联通。通过以上对线圈烧毁原因的分析并针对性地提出改进和解决方法,将有效减少运行过程中线圈烧毁的概率,保证安全运行。
  4.3储能故障检查
  储能系统故障可以分为机械部分故障和储能回路故障。手动储能正常,说明储能故障可能是电路故障引起的。该机构储能采用直流电机,功率为900W,电机电源AC220V,通过整流模块整流后变为DC220V。用万用表测量直流电机整流模块的输入电压,为AC220V,电压正常。拆除直流电机侧的电源接线,用万用表测量电机输入端的电阻,显示为无穷大,说明电机励磁回路或电枢回路存在故障。该直流电机的励磁方式为串激式,电枢电源和励磁电源通过电机两侧的电刷相互连通构成回路。电刷安装于固定端盖内,电刷与电机转子之间的接触压力来自电机上与电刷配套的弹簧压力。
  4.4储能故障分析
  故障原因是电机电刷与转子接触不良导致电机回路断电。造成电机电刷与转子接触不良的原因主要有以下几点。(1)弹簧疲劳变形压力不足。用于保持电刷与电机转子接触压力的弹簧由于疲劳变形、压力不足,在断路器进行分、合闸操作、电机起动及运转过程中,振动会使弹簧压力不能正常作用于电刷上,使电机电枢回路与励磁回路的连接断开,电机电源回路不通而失电。(2)电刷与转子接触面脏污。断路器机构箱密封不良,內部受潮比较严重,积污较多。该电机转子为敞开式,直接暴露于空气中,转子表面氧化严重,电刷与电机转子接触面脏污,造成接触不良。(3)电刷磨损严重。经现场测量,电刷长度为8.5mm,而技术文件要求电刷长度为不小于10mm。由于电刷严重磨损后长度尺寸。
  结语
  认真落实设备定期轮换制,让操动机构各部件得到适度运动,避免常年运行于一种状态而出现局部部件异常,最终导致设备故障。
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