罕见的合闸线圈异常导致的断路器三相不同期故障分析

姚晓君 孙 珂

（1.国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司，江苏 苏州 215000；2.国网江苏省电力有限公司徐州供电分公司，江苏 徐州 221000）

0 引言

在220 kV 及以上的变电站中， 三相分体式的断路器是常用的断路器设备。比起三相一体联动式的断路器，三相分立式的断路器更容易出现三相不同期的故障，往往这种故障是由三相的分合闸线圈存在异常导致的。 分合闸线圈的故障通常有线圈自身工艺欠缺、机械卡涩和分合闸传动回路故障三个方面的原因[1-2]。在现场时常遇到机械卡涩导致线圈不动作进而烧毁、线圈绝缘不足导致短路、铁芯材质问题导致剩磁等各类原因， 造成分合闸时线圈故障或动力不足等，在三相联动的断路器上就表现为断路器“拒动”，而在三相分立式的断路器上则表现为“拒动”或“三相不同期”故障[3-4]。 而三相不同期故障则可能导致断路器损坏、线路过电压等危害设备和电网的事故。 本文对一起合闸线圈异常引起断路器三相不同期故障的现象和排查消缺过程进行了分析和总结，提出了可行的改进和预防措施。

1 故障简述与初步排查

某年12 月，江苏某地西门子公司3AT3EI 型号的断路器合闸时发生 “三相不一致”动作，后台显示A相未合闸， B、C 相合闸后即跳开。

现场检查断路器三相均在分闸位置，非全相继电器时间整定值正确，A 相SF6 压力、 操作机构油压均在额定范围，机构内合闸总闭锁继电器动作。 尝试就地操作，A 相未动作，B、C 相正确动作，随后三相不同期动作。 故障排查范围缩小至A 相。

A 相合闸线圈阻值及电位均正常，合闸回路无虚接、松动，对A 相合闸回路加直流脉冲电压到110 V，断路器未动作。 排查范围缩小至A 相合闸线圈。

该合闸线圈型号为3AX6002-2/204，由两个可分别作用的线圈组成， 铁芯一头与顶杆螺杆相连接，在线圈通电后铁芯动作触发机构的合闸动作。合闸动作完毕后，合闸回路失电，由弹簧带动顶杆螺杆和铁芯恢复原位。 经测试，备用线圈也无法进行电动合闸。

尝试手动按压合闸线圈的铁芯，发现按压时有迟钝卡涩感。 手动按压合闸线圈多次后，再使用电动合闸，可正常合闸。初步得出故障原因：合闸线圈内部存在卡涩导致合闸力不足，经过多次手动按压后，线圈内部卡涩消失，故障排除。

然而在进行三相就地电动测试时，会随机出现以下几种情况：

（1）断路器三相都合闸成功。

（2）A 相拒动，B、C 相合闸成功， 触发三相不同期，B、C 相再分闸。

（3）三相都动作，但 A 相明显滞后于 B、C 两相，可通过合闸声音进行分辨。

至此，故障现象呈现复杂化。经反复测试，当两次合闸的间隔时间较长，故障可复现。 手动按压A 相合闸线圈，存在迟钝粘滞感，多次按压后，迟滞消失，铁芯可灵活动作。线圈静置片刻，粘滞感逐渐增大，推测合闸线圈内存在有粘性的物质在粘连线圈内某部件，需将合闸线圈拆卸解体进一步检查。

2 故障深入排查与分析

合闸线圈解体后，发现合闸铁芯端面(连接螺杆侧)有黄绿色胶状物，调整铁芯行程的固定块表面（铁芯侧）有一层淡黄绿色油膜，用手接触有明显粘性的感觉，在复位弹簧作用下铁芯与铁芯行程固定块发生粘合。

手动将铁芯端面与铁芯行程固定块吻合在一起，等待时间稍长，按压铁芯又会感觉迟钝卡涩，初步分析认为铁芯端面和调整铁芯行程的固定块表面有粘性的胶状物质造成铁芯动作延迟、 拒动或动作功增大。 该黄绿色的胶状物质为专用的防松胶，用于保证铁芯与顶杆螺钉的紧密连接、不会相对转动而影响线圈动作电压。

根据断路器的机构箱的情况进一步分析防松胶溢出的原因，可知分、合闸线圈安装在密闭的箱体内。铁芯处于水平放置状态，而且距离机构箱内加热器的很近。加热器常年投运，合闸线圈附近空气温度较高，螺杆表面的防松胶受热流出，铁芯合闸运动中螺杆表面的防松胶液逐步在铁芯端面积累，形成一层淡黄绿色防松胶油膜。

3 故障处理

在更换A 相合闸线圈后，对断路器进行机械特性测试，合闸动作特性正常。 然而测试中发现A、B、C 三相分闸不同期超过10 ms。对A、B、C 相的分闸线圈拆解检查， 发现也存在防松胶溢出导致粘连的情况：A相分 1 线圈、B 相分 1 线圈、C 相分 2 线圈的铁芯按压时有轻微卡涩，解体后检查发现调整铁芯行程的固定块表面（铁芯侧）和铁芯端面同样也有一层粘性物质，导致铁芯动作时迟钝、不同期超标。 通过技术分析并与厂家沟通， 明确清除该防松胶并不影响铁芯动作，但必须保证紧固螺母完全紧固，以确保线圈的动作电压不改变。对固定块表面（铁芯侧）和铁芯端面粘性物质进行清洗、装配后，进行断路器分合闸特性测试，数据均合格。

4 事后总结与防范措施

由合闸线圈内部防松胶长时间受热流出导致铁芯粘连从而造成合闸失败、 表现为断路器三相不同期动作的故障属于相对比较罕见的情况。 故障与分合闸线圈设计、机构箱内排列位置以及工作环境密切相关。通常的控制回路检查、线圈阻值测量、手动测试等常规排查故障的方法难以发现症结所在， 而且随着多次手动动作，其故障症状会减轻乃至消失，也进一步使得故障现象复杂，增大了排查难度。针对此种类型的线圈故障与隐患，笔者提出以下几种可行的处理方案：

（1）应结合停电检修，对分合闸线圈进行检查，防患于未然；（2）更换工艺更好、性能更稳定的防松胶；（3）如无更好工艺的防松胶，对于存在防松胶溢出的线圈，应彻底清洁防松胶，并确保紧固螺母紧固良好；（4）优化机构箱内加热器的分布位置，避免分合闸线圈长时间受热。