一起电机问题导致的10kV开关储能故障分析与处理

(珠海供电局，广东 珠海 519000)

一起电机问题导致的10kV开关储能故障分析与处理

郑林胜

(珠海供电局，广东 珠海 519000)

10kV开关在电力系统、发电厂、工矿企业等不同领域有着广泛的应用，它既可根据电网运行的需要将一部分电力设备或线路投入或退出运行，也可在电力设备或线路发生故障时将故障部分从电网中快速切除，其安全、可靠的运行对电力系统具有十分重要的作用。本文通过对一起直流电机电刷接触不良引起的10kV开关不能正常储能故障进行分析，介绍了直流电机的原理及结构，同时列举可能的故障类型及解决方法，从多个角度寻找原因，最终解决了问题，并提出了相关实用性的建议，对类似的故障处理有着较好的借鉴意义。

10kV开关；断路器；直流电机；电机电刷；储能故障；分合闸

1 引言

开关柜手车可分为断路器手车、电压互感器手车、计量手车、隔离手车等，是电网10kV系统的核心组成部分。手车在柜体内有断开位置/试验位置和工作位置，每一位置都分别有定位装置，以确保联锁可靠，手车的操作必须按联锁防误操作程序进行。各种手车均采用丝杆摇动推进、退出，操作较为轻便、灵活，适合各种值班人员操作。

断路器的储能主要是将合闸或分闸弹簧进行拉伸，使之具有相应的势能。储能弹簧是连接在合闸或分闸机构上的，当进行合闸或分闸时，相应的电磁铁动作，扣动“扳机”后，合闸或分闸弹簧迅速将断路器的动触头合上或分开，其主要的目的是降低合闸或分闸的电弧存在时间，达到灭弧的目的。本文以电机问题导致的开关储能故障为例，对类似的问题进行原因分析及有效的处理方法做出介绍。

2 故障现象

VS1—12/1250型号的开关西安森源公司产品，出厂时间为2009年9月，合闸、分闸、储能回路均无整流桥，储能电机为ZY-CJ06永磁直流电机，操作电压为直流110V。

2015年11月，运行人员将小车开关拉至试验位置时，投上储能电源把手，储能电机偶尔可以储能但出力声音缓慢。打开小车开关前盖板，分合数次后，机构反复出现不能储能情况，偶尔可以储能时，电机转速较慢。手动储能后，电动分合正常，分、合闸回路正常。

3 故障分析

开关不能储能的原因大致可分为电气类和机械类，具体原因及处理方法如表1所示。

表1 开关不能储能的原因

首先分析是否为电气原因导致：

储能回路通过行程开关SP1(常闭接点)的开闭状态控制。未储能时，SP1常闭状态，在储能控制电源投上后，即可储能；储能后，储能压板在机械转轴的作用下转动，使SP1压下，接点断开，储能回路断开。储能灯是SP2(常开接点)控制的，未储能不亮，储能后亮。储能回路主要结点如图1所示。

图1 储能回路主要结点

分析步骤(逆向法)：

(1)插上排插，拔下电机下端接线端子(18-8、18-9)，投上储能控制电源，用万用表分别量取回路进线两接点电压，正负端为正负55V左右，如果电压值达标说明回路良好；

(2)如果电压值不达标，拔下开关排插座，量取排插座进线储能回路接点25、35是否有电，如电压值正常，说明为机构内部电气原因(储能行程开关，回路接点)，原因种类有：接地故障、短路故障、短路故障、接点接触不良、行程开关接点不可靠等；

(3)如上步骤测量后，没有电，说明机构外部电未到小车开关，查明外部电源电压(继保、储能总控制开关，操作把手等)；

步骤(1)量取接线端子(18-8、18—9)的电压值分别为-58V和56V，说明电气回路良好，推断为机械部分原因。

在排除电气原因后，再次测量电机进线接线端子(18-8、18-9)的电压符合标准后。将端子装复，投上电源开关和操作把手观察电机储能情况，仍不能储能，因此确定为机械原因导致。

机械原因可以分为两方面：储能机构传动故障和电机故障。

储能机构传动检查方法：手动储能—手动试分合—观察齿轮结合情况—观察轮滑油情况(过多将导致卡滞)，检查发现无异常。

电机按其种类可分为直流电机、交流电机、交直流两用电机；按其相数可分为单相和三相。我们供电系统常见的电机为三相交流电机(风扇)，单相交流电机、单相直流电机和交直流两用电机。电机故障种类较多，而且不同运行方式电机的故障类别也有不同，其不同类别电机的原理、结构和故障类别不能一一详细列出，这里主要介绍直流电机原理结构，如图2所示。

图2 直流电机工作原理

工作原理：建立在电磁力定律的基础上，F=BILCOSθ(B：磁场强度，I：导体电流，L：导体有效长度，θ：磁场和导体夹角)，力的方向用左手定则判定。利用换向器(由互相绝缘的铜质换向片构成，装在轴上，和电枢绝缘，且和电刷一起旋转)和电刷的导通作用使电流方向恒定，产生方向不变的电磁转矩，使电动机连续旋转。

部件结构如图3所示。部件结构拆解后如图4所示。交直流两用电动机接线图如图5所示。

这种电机实质上是直流串励电动机。只是为了使它能适应交流运行，全部磁路系统都由叠片制成,以减小涡流。定子上除励磁绕组F和换向极绕组FD外,还增设补偿绕组Fs，以限制交流运行时电枢绕组产生过大的电抗压降并改善换向。

1.机罩;2.主磁极;3.端盖;4.换向器;5.换向极和电刷;6.绕组绝缘;7.机座;8.电枢绕组;9.电枢铁芯图3 直流电机部件结构

图4 直流电机结构拆解

图5 交直流两用电动机接线示意图

由于这种电动机是直流串励电动机的改进，故它可作直流电动机运行。作直流电动机运行时，磁通和电枢电流方向不变，电磁转矩的方向也不变。作交流电动机运行时，虽然磁通和电枢电流的大小和方向不断改变，但由于二者是同时改变的，它们所产生的转矩的方向是不变的，所以单相交直流两用电机可替代单相交流电机和单相直流电机使用。

对直流电机的常见故障和处理方法摘录如表2所示。

表2 直流电机常见故障原因及处理方法

量取储能电机的电枢绕组电阻，电阻阻值不稳定，2～7MΩ，甚至量取不出绕组阻值。可知断路器使用的为永磁直流有刷电机，电机的绕组不分相，是由多个相同的线圈在转子电枢上按圆周均匀分布，阻值应为几欧到十几欧(交直流两用电机为几十欧)；再用摇表遥测电机出线端绝缘电阻，皆为无穷大，确定为电机内部电枢绕组回路缺陷。

4 故障处理

VS1型断路器储能电机更换步骤：

工具材料：新电机、开口扳手一套、若干大、中、小号梅花/一字(数量足够)，英制和国标内六角各一套、弹簧片钳，尖嘴钳、虎钳、戒尺刀、碎布若干。

(1)安全措施。

将开关控制电源退出，取下排插，拔开电机进线端子，如弹簧已储能务必将能量释放。

(2)拉弹簧和拆弹簧下部。

这个步骤是很有必要的，如果不部分拆卸弹簧，碍于弹簧的位置，储能电机左右两侧门板上的紧固螺丝将不可被取出，利用弹簧专用工具顶开合闸弹簧，给螺丝的拆卸留出了空间。

(3)拆卸固定螺丝。

拆卸螺丝时，在螺丝下方要有放掉落措施，防止螺丝掉落在小车底盘，若掉落将严重加大工作量和安全隐患。

(4)解开链条。

传动链条上有一铜环和卡环，作连接链条两端用，拆下后即可解开链条。

(5)取出电机，拆解传动齿轮。

取出电机后，拆下传动齿轮，拆下时注意齿轮月牙朝向位置，是向上还是向下，装复位置如果不正，储能链条反转。

拆下电机后，发现电机电刷卡死在电刷口内部，这是不正常的，这将导致两个问题出现:一是卡死位置不能使电刷和换向器接触，回路接触不良，导致储能故障;二是卡死位置较深，使电枢铁芯旋转使，磨损较大，也会导致储能故障。

拆卸电机内部，发现拔不出的电刷卡死在电刷口，用小一字刀顶出后，发现电刷口有少量的黑色物质(拟为润滑脂渗入电刷口)使电刷卡死，这是电刷卡死引起电机不能储能的根本原因。建议开关传动机构齿轮做润滑时，一定要控制润滑脂的量，润滑脂在长期运行后会产生氧化和固化，不仅不可起到润滑作用，反而加大传动机构的卡滞，应以适量润滑剂为主。

(6)更换修复后的电机，按原位组装传动部件。

(7)按拆卸的相反顺序装复电机固定螺丝、弹簧和链条。

(8)全部装复后，拔下螺丝刀，手动给电机储能。

(9)手动储能、试分合几次无问题后，再电动储能，观测电动储能时间是否符合厂家要求，再电动试分合几次，如果情况都良好，说明机构恢复正常。

5 结束语

电机问题是10kV开关储能常见的故障，但导致电机故障的原因多种多样(本文针对直流电机列出可能原因共25种)，我们应结合设备历史运行、检修状况，根据现场检查情况、试验验数据等，制定准确、合理、有效的处理方案，以提高今后处理该类故障的效率和经济性。

针对该起故障，我们拆卸了电机内部进行原因查找，发现电刷口有少量的黑色物质(经分析为润滑脂渗入电刷口)使其卡死，这是引起电机不能储能的根本原因。因此建议给小车开关传动机构齿轮做润滑时，一定要控制润滑脂的量，润滑脂在长期运行后会产生氧化和固化，不仅不可起到润滑作用，反而加大传动机构的卡滞。另外平时保养维护时应认真仔细，发现问题及时采取措施，确保设备安全稳定运行。

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AnalysisandProcessingof10kVSwitchEnergyStorageFaultCausedbyMotorProblems

ZHENGLin-sheng

(Zhuhai Power Supply Bureau,Zhuhai 519000,China)

10kV switch is widely used in power systems,power plants,industrial and mining enterprises and other different fields.It can according to the needs of power grid operation will be a fraction of the power equipment or line input or out of operation,also can be in the failure of the power equipment or line the fault part from the grid in the fast removal,the safe and reliable operation of power system has a very important role.Through to together brush direct current motor contact caused by poor 10kV switch can not be normal reservoir fault analysis,introduces the principle and structure of the DC motor,and lists possible types of faults and solutions,to find the reasons from multiple angles,the ultimate solution to the problem,and puts forward some practical suggestions,on similar fault treatment has a good reference.

10kV switch；circuit breaker；DC moto；motor brush；energy storage fault；switching closing

1004-289X(2017)03-0091-04

TM56

B

2016-08-18

郑林胜(1984-)，男，变电检修技师、电气工程师、工学学士，研究方向为变电一次设备检修。