6 kV断路器分闸拒动原因及解决方法

吴长波

（国能宝清煤电化有限公司，黑龙江 双鸭山155600）

6 kV真空断路器正常工作要承受工作电压和负荷电流，在短路时要切断短路电流，频繁的操作、复杂的运行条件以及在制造、安装、维护保养各环节管理不当时，发生故障的概率就会增加，一旦发生事故，后果会很严重。自2020年以来，先后发生2起后台操作远方发停止指令，导致6 kV给水泵、循环水泵电机分闸线圈直接被烧毁，出现断路器分闸机构不能可靠分闸事故。断路器如不能可靠通过断路器分闸指令将设备从电源中切除，存在很大风险，所以要提高6 kV断路器选型质量，更要加强对断路器的定期检修和保养，提高断路器分合闸的可靠性。若上述2起6 kV电动机或电缆在运行中发生短路接地故障，其保护装置出口动作跳闸，断路器不能使分闸脱扣机构及时分闸，切断故障点，短路接地电流势必会导致越级跳闸，可能会导致上一级6 kV母线段电源中断，对机组设备和电网安全运行造成严重威胁，存在机组停运的隐患，所以有必要解决这种断路器不能可靠分闸的这一问题。

1 6 kV真空断路器弹簧操作机构

全厂6 kV断路器采用直流110 V控制电源，属于弹簧储能操作机构，弹簧储能操作机构主要由储能元件、储能维持机构、连板传动系统、合闸维持、分闸脱扣电磁铁组成的分闸单元、辅助开关、指示装置等部件组成。储能由电源驱动电机完成，也可以使用储能手柄手动完成。分闸通过接通分闸脱扣电磁铁完成（也可按断路器前面板“分闸”按钮），分闸机构采用半轴脱扣，脱扣半轴可将分闸掣子锁住。断路器机构合闸后，在分闸弹簧作用下，分闸掣子锁在脱扣半轴内，分闸或过流脱扣时，分闸电磁铁线圈得电，动铁心撞击推板，推板带动脱扣支架使脱扣半轴得到一个顺时针的转矩，半轴顺时针转过一定角度，分闸掣子与脱扣半轴解锁，由传动连板拉动主辅助开关接点完成分断操作，在分闸过程后段，由液压缓冲器吸收分闸过程剩余能量并限定分离位置，完成断路器分闸动作，由连板拉动合/分指示牌显示出“分”标记，同时拉动计数器，实现计数器计数。这种弹簧机构可以非常可靠地进行合闸能量储能，使断路器随时有足够的合闸能量，分闸能量在合闸过程中也同时完成储能，能量不受外界条件影响，在任何状态下，分闸指令一发出，分闸线圈得电立即执行并完成分闸动作[1]。真空断路器分闸脱扣机构结构如图1所示。

图1 真空断路器分闸脱扣机构结构图

分闸线圈是控制断路器脱扣分闸动作的关键部件，在现场可通过霍尔元器件电流传感器检测分闸线圈在分闸过程线圈流过的电流变化波形，分闸时直流电磁铁的动铁心运动会引起线圈电感L值的变化，同时电感会影响线圈电流I变化，在分闸线圈得电到断电过程中，分闸线圈的电流波形曲线可分为以下4个阶段：①动铁心始动阶段T0～T1，即分闸线圈开始通电到动铁心即将开始运动。在这一阶段，动铁心并没有运动，线圈电感L为常数，分闸线圈电流波形呈指数上升。②动铁心运动阶段T1～T2。在这一阶段，动铁心在电磁力作用下克服重力、弹簧力等阻力开始运动。在这个过程中，分闸线圈电感L值随动铁心行程而增加，它在电路中产生的反电势，消减线圈中电流I的增长，回路中电流下降，下降到最低点H时，动铁心的速度最大。③动铁心带动机械负荷阶段T3～T4。在这一阶段，动铁心带动机械负荷（脱扣机构），动铁心上端撞击推板，速度降低，分闸线圈电流上升。④分闸机构线圈断电阶段T4～T5。这一阶段，分闸线圈使断路器分闸机构脱扣，分闸掣子解脱，主轴在分闸弹簧和触头弹簧的作用下顺时针旋转，带动导电杆运动使断路器分闸，断路器辅助触点将分闸线圈电流切断。

经过多次试验，在分闸机构、脱扣线圈及其铁心运动不卡滞和卡滞2种情况下，根据线圈的电流不同，试验可得出以下结论：①在线圈及机构正常情况下，一般流过线圈电流通过分闸线圈的电流都较小，分闸机构可以使断路器可靠分闸，切断电源，图2是断路器分闸线圈正常情况下，可靠分闸时的电流曲线；②当动铁心有卡滞时，线圈中流过的电流会成倍增加，这时图2中T0～T4时段流过分闸线圈电流将会很大，远远大于分闸脱扣线圈铜丝可能承受的额定电流，所以很容易烧断分闸线圈铜丝。

图2 正常情况下分闸线圈电流曲线图[2]

2 断路器分闸拒动原因

真空断路器出现不能正常分闸的现象，要分析拒动原因，首先查二次控制回路，在确认控制回路无异常后，再在断路器上查找，针对拒动的原因进行处理。

断路器电气二次控制原理如图3所示。图中HWJ和断路器辅助接点串联接入回路中，可判断脱扣线圈是否断线及辅助开关接触是否良好，当出现线圈及触点接触不良时，立即告警提示。断路器分闸时间是指处于合闸位置的断路器从分闸脱扣线圈带电瞬间起到断路器触头分离瞬间为止的时间间隔。

图3 断路器电气二次控制原理图

以给水泵控制为例，电动给水泵正常运行情况下，操作人员在DCS界面上发停止运行指令，SOE报“控制回路断线”，电动给水泵运行电流无变化，泵出口压力无变化，断路器分闸不成功。人员就地利用紧急机械分闸，给水泵电机停运。拆开给水泵断路器前面板，线圈有烧焦气味，分闸动铁心被卡住，测量分闸线圈直阻无穷大，判断分闸线圈已烧毁。

调取给水泵电机电流、停指令、“控制回路断线”曲线，发现停指令与“控制回路断线”报警曲线基本是重叠的。查看设计图纸，发现断路器分闸线圈TQ与HWJ继电器线圈（接线端子5、6）串联接到DC110 V回路，当停指令发出，同时“控制回路断线”报警，说明分闸线圈铜丝在T0～T4时段烧断。对拆下来的线圈进行解体检查，铜丝绝缘层未发现损伤，在线圈引线处发现铜丝熔断、线圈骨架变形。此分闸线圈漆包线线径0.28 mm，5 800圈，电阻50Ω，额定电流2.2 A。

在断路器正常分闸过程中，线圈瞬时通电，电流在线圈中产生热量，正常工作不会引起线圈温度上升过快，不会导致分闸线圈被烧毁。

经检查给水泵断路器控制回路没有异常，给水泵断路器发生分闸线圈被烧毁的情况，问题出在断路器本体上，是由于断路器出现分闸线圈骨架变形，脱扣机构维护保养不当，机构卡滞等问题，分闸时动铁心运动过程中受阻，导致分闸线圈流过的电流成倍增加。有时断路器辅助接点调整不当，断不开直流电弧，使分闸线圈通电时间过长，也会将分闸脱扣线圈烧毁。

假设本次给水泵电机或6 kV电缆发生接地或短路故障，断路器综合保护装置保护动作，需要给水泵断路器立即分闸，但此时分闸脱扣机构线圈断线或辅助开关接点接触不良，不能立即从6 kV电源上切除，将会引起越级跳闸事故。

3 弹簧操作机构分闸拒动常见故障及调整方法

3.1 常见故障

常见故障有：①半轴复位扭簧生锈，弹力不足，使半轴不能自行复位，需更换复位扭簧；②推板安装角度不当或松动，半轴转动不灵活，需调整推板角度，旋紧螺钉，在半轴转动部位加适量润滑油。

3.2 分闸机构调整方法

在机构合闸位置，分闸掣子与半轴扣结量要求在1.0～2.9 mm之间，这可通过调整调节螺钉来实现。分闸机构在出厂前已调整完，一般情况下不需要调整，若机构解体检修或分闸机构出现问题时，则需按上述方法进行调整。有时为了避免出现断路器机构卡阻现象，需进行断路器慢分慢合试动作，这需要使用专用合分把手来实现。

4 增加分闸线圈解决分闸机构拒动问题

给水泵无法远方停运是因为分闸线圈被烧毁导致断路器拒绝分闸。为防止断路器拒动，可利用脱扣半轴原有预留的脱扣支架安装位置，在原有的脱扣半轴杆上再增加一套分闸脱扣支架和分闸电磁铁，用于过流脱扣分闸，即图1中虚线代表新增的脱扣支架推板。原脱扣半轴材料的表面强度、硬度和耐磨性满足增加脱扣支架要求，增加一套分闸脱扣支架不会使脱扣半轴发生变形，不会影响脱扣机构工作的稳定性和可靠性。分闸机构改进后，需调整推板上的限位螺钉，使脱扣半轴与分闸掣子之间的扣结量适中。

新增控制回路如图4所示。按图4中将保护装置CDJ和BHJ的第二个跳闸出口串接到新增的分闸线圈TQ1回路中。正常运行时，远方或就地停止运行由TQ分闸线圈实现，当有过流故障时，由TQ和TQ1分闸线圈同时使脱扣半轴顺时针转动，实现分闸操作。新增控制回路中串接一个保护压板LPX，是为了进行传动试验时，方便将TQ1分闸线圈退出。线圈TQ和TQ1同时动作时控制回路电流比较大，1ZKK有跳闸的风险，所以在图4新增控制回路中增设3ZKK小空开，型号为GM32M-2308R/6A 2P，为TQ1提供分闸电源。当发生过流（短路）保护动作时某个分闸线圈烧损，另一个分闸线圈可使断路器可靠分闸。

图4 新增控制回路图

分闸支架安装固定后，将推板螺丝拧紧，调整推板角度，在半轴的转动部位加润滑油，使半轴转动灵活，对掣子与半轴扣结量进行检查，满足扣结量要求，在断路器试验位置进行多次分、合闸试验，确保断路器分合闸可靠。对分闸线圈串联的辅助接点5DL接触情况进行检查，并通过试验检测接点转换时间是否满足规范要求。

断路器直流操作电源额定电压为DC110 V，按规程规定进行分闸线圈动作电压检测，使分闸线圈最低动作电压在30%～65%额定电压之间，脱扣机构可靠动作分闸，当在30%额定电压下时不动作，以检验改造后断路器分闸动作情况。

5 结论

断路器出现拒动是十分严重的问题，它丧失了断路器最基本的功能，所以维护人员要做好对断路器的临时性维修和定期保养，定期对机构转动部位进行润滑和检查，将松动的螺钉拧紧，并与预防性试验工作相结合，确保断路器分闸动作可靠。本文通过增加一套分闸脱扣支架和分闸电磁铁后，当保护装置有动作出口，任意一个分闸线圈被烧毁时，另一个分闸线圈可使断路器分闸，可避免因分闸线圈被烧毁出现断路器拒绝分闸的现象，避免越级跳闸事故发生。