断路器弹簧机构储能故障分析

胡向峰 朱俪

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，内部受潮比较严重，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。

参考文献

[1]方可行.断路器故障与监测[M].中国电力出版社，2003.

[2]趙立明，赵亮.我国高压SF6断路器的现状及发展趋势[J].科技信息.

[3]胡晓光，孙来军.断路器在线绝缘监测方法研究[J].电力自动化设备，2006，26（4）：1-3.

[4]张丽娜.SF6电器设备气体湿度与绝缘[J].高压电器，2004，40（3）：46-47.

[5]肖辉，吴学斌，曾祥军.LW15-252型SF6断路器常见故障及处理[J].高电压技术，2004，30（12）：60-66.

[6]王长海，谭英，于显颖.SF6断路器应用中的维护要点[J].科技创新导报，2009（12）：68-70.