浅谈中压断路器机械特性和分合闸线圈在线监测开发新思路

陈艳彪

河南平高通用电气有限公司中压断路器厂 河南平顶山 467000

分合闸线圈高压开关的一个最根基性能就是机械靠得住性，电力运行和试验站的故障统计中表白，我国分合闸线圈高压开关最突出的问题就是机械和绝缘问题，这与发达国家相比较为落后，在国外的先进公司，现在分合闸线圈都提出并推出新一代免维护的电器产品。我国高压分合闸线圈开关设备要真正做到产品免维护仍然很难。实际上，在产品设计上尽可能地简化结构，对提高产品的靠得住性很有帮忙。断路器分合闸线圈的全部使命，归根事实是体现在触头的分、合动作，而分、合动作又是通过合闸线圈来实现的，因此合闸线圈的工作性能和质量的优劣，对高压断路器的工作性能和靠得住性起着极其重要的作用[1]。

1 分合闸线圈的结构及原理

1.1 分合闸线圈的结构

分合闸线圈分为电气部分、机械部分。电气部分主要包括电磁线圈、动铁心、顶杆；机械部分包括线圈外壳、固定螺栓、调整螺栓和复位弹簧。当线圈中通过电流时，动铁心受到电磁力作用，带动顶杆运动，顶杆撞击分、合闸掣子，打开凸轮，释放弹簧，实现断路器分合闸。当线圈中电流消失后，在复位弹簧的作用下，动铁心复位。操作时，分合闸线圈电流波形包含很多信息，电流波形真实反映了线圈得电到铁心开始运动、铁心运动过程、铁心运动停止后、辅助接点分断等过程的工作情况[2]。

1.2 线圈产热

断路器操作过程中线圈电流产生的热量来不及向周围散发，可看成一个绝热的过程，产生的热量将使线圈导线及绝缘层温度升高，若导线绝缘层存在薄弱点或缺陷，将使绝缘层破坏，造成线圈故障。

2 分合闸线圈的故障分析

2.1 线圈内部存在匝间或层间短路

针对某系列存在系统性缺陷的故障线圈进行分析，发现在靠近铁芯的附近几层，发现了非常明显的匝间短路点，短路点附近的漆包线由于高温作用，表面发蓝。经现场试验，断路器分合闸线圈直流电阻下降，基本不影响断路器动作性能。动作时间均合格，断路器可靠动作，但由于线圈直阻下降，通过线圈的电流增大，最终导致线圈烧损。初步判断造成线圈直流电阻下降是由于线圈制造过程中的绝缘薄弱的所引起。在运行过程中，薄弱点受励磁电流影响最终受损。

造成线圈绝缘性能下降的原因除了线圈自身原因之外，还与以下几点有关：线圈的安装位置的温湿度；线圈所接二次回路的正常运行时的负荷电流的大小和动作持续的大电流有关，即回路中串接的电阻过少有关；控制系统电源不稳定，加载在线圈两端的电压过高，导致线圈绝缘击穿或通过线圈的电流过大，烧毁线圈；辅助开关接点开断间隙小，灭弧能力差，切断电流时容易引起电弧重燃，延长线圈通过较大电流的时间，使线圈绝缘性能下降。

2.2 线圈动作电压不正确，造成的误动或拒动

高压断路器动作电压合格，一方面可以避免当二次直流系统在绝缘降低、高阻接地及强电磁场干扰等情况下，可能在断路器分合闸线圈两端引入暂态直流电压，引起断路器误动作；另一方面可以保证二次直流系统容量不足时断路器的可靠动作。根据《输变电设备状态检修试验规程实施细则》规定，操动机构分、合闸电磁铁或合闸接触器端子上的最低动作电压应在操作电压额定值的30%-65%之间；在使用电磁机构时，合闸电磁铁线圈通流时的端电压为操作电压额定值的80%（关合电流峰值等于及大于50kA时为85%）时应可靠动作，并不高于额定操作电压值的110%。因此，在设备状态检修时，要检查记录好线圈的动作电压是否满足规范要求，记录好线圈的动作电压和直流电阻。分、合闸线圈电阻检测，检测结果应符合设备技术文件要求，没有明确要求时，以线圈电阻初值差不超过±5%作为判据。若不满足要求，应及时做好相应的更换工作或处理措施。

2.3 辅助开关不能正常变位，线圈长期通电而烧毁

从性能来看分合闸线圈是按短时通电设计的，只允许通过短时的额定电流。如果通过持续电流的时间过长就会导致线圈绝缘性能下降，最终烧毁。故最常见的分合闸线圈故障是其通过持续电流的时间过长。以10kV断路器机构箱为例，控制回路一直保持导通，线圈长期通过电流，以致线圈烧毁的原因如下：一是分合闸线圈出现松动，导致电磁铁心发生位移，使得动铁心与线圈内壁摩擦过大。由于线圈产生的电磁力不足以使得衔铁运动，顶杆无法正常触发拐臂，无法触发开关分合闸。二是连杆与线圈之间的行程调整不合适，或复位弹簧过于紧绷，连板死点调整不当，导致分合闸通过电流时产生的冲击力不足以推动机械动作、线圈超载。三是由于操作机构时的震动，多次操作震动，慢慢地导致脱扣位置发生偏移，使得机构箱内连动机构松动脱落，当指令要求合闸线圈动作时，衔铁和辅助挚子之间空隙偏大，使得铁芯冲不动脱扣机构而拒合，合闸线圈动作没有到位[3]。

3 解决断路器断路器合闸线圈烧毁问题的技巧

（1）断路器机构故障。当断路器合闸控制回路正常时，断路器本体的内导电杆、传动连杆等卡涩，或是因为断路器操作机构连板配合不好，死点调得偏高，导致断路器拒合闸，使合闸铁芯过载，引起线圈故障。加强合闸接触器的检查、维护。每次开关小修、周期大修都要对其进行检查动、静触头表面接触面积、接触压力等

（2）辅助开关位置不当。正常合闸时，断路器的合闸接触器的线圈回路与辅助开关的常闭延时接点串联，断路器合闸后，辅助开关接点自动切断合闸回路，辅助接点打不开或拉弧，合闸接触器通过重合闸回路或绿灯回路自保持，合闸线圈长时间带电而被烧毁。

（3）合闸接触器故障。断路器合闸时，由于合闸电流比较大，控制回路不能直接控制合闸线圈，只能通过合闸接触器间接接通合闸线圈。因此，当合闸接触器发生故障时，不能及时断开，使合闸线圈通电时间过长，线圈故障另外，合闸接触器的线圈电阻变大，会使合闸接触器正常通电时吸合力度不够，主触点产生拉弧，久而久之，合闸接触器的主触点接触电阻增大，间接地影响断路器合闸线圈的励磁电流，使合闸线圈的励磁力度不足，铁芯不能正确动作，使线圈过载，造成线圈故障甚至烧毁[4]。

（4）合闸电源容量下降，或者合闸回路电阻偏大，使合闸瞬间合闸线圈两端电压低于80%额定值。

3.1 解决维修过程中合闸线圈更换问题

（1）更换合闸线圈前需要正确的判断及检查。正确的判断之后，检查更换之前，要进行一系列的准备工作，且所有工作都要在请示调度指挥系统并得到批准之后方可进行。查看合闸线圈确已烧毁后，要找到同规格型号的更换，问题是相同规格型号的器件很难找，既便是与生产厂家及时联系也不可能马上送到现场。

（2）迫不得已采用拆补措施。在现场找到备用断路器，经管理人员批示准许之后，再进行一系列的拆补操作。拆掉备用断路器合闸线圈。换到急需要送电的断路器上。若送电成功，则是可完成了更换任务。尚若合闸线圈又被烧，合闸失败，则会导致无法快速修复。

（3）若是无法找到备用断路器和合闸线圈，则只能联系厂家和供应商送新产品或可替代产品到场，并做好相应的验收，采用相应的保护工作。

3.2 合闸线圈烧损的预防措施

（1）加强合闸接触器的检修。每天都要进行检查，定期检修，发现松动、静触头的接触面积和接触压力变化时立即组织维修。

（2）正确调整断路器辅助机构的位置。

（3）要求值班人员在断路器正式使用前拆除控制电路保险丝，重合闸断路器电路也应该打开，以避免在试验过程中，产生线圈烧毁的可能。

（4）建议将油断路器导板材料更换为环氧树脂板，有利于避免导向板损坏。

（5）检查合闸接触器线圈的电阻和主触头的具体情况。

3.3 强化无油断路器的检修

（1）检修断路器的旋转部分。断路器旋转部分应灵活好用，严禁出现夹持变形。检查调整行程连杆，使断路器保持所需状态。

（2）检查断路器灭弧系统。应合理安装断路器，不要上下颠倒。检查灭弧室应避免出现电弧烧伤引起的裂纹，中心孔直径应符合质量要求。

（3）检查静态接触的方位是否安装在适当的位置，保证开启时间和关闭时间必须满足固定要求。

（4）检查动触头、静触头应符合固定要求，检查接触指弹片是否完好，接触压力是否适当，弹片位置是否可靠。

（5）检查电弧接触指铜钨合金块有无严重烧坏。是否动触头表面光滑直，镀银层完好，铜钨合金头是否拧紧，接触有无严重烧毁。

（6）检查保温筒是否处于良好状态，检查胶木环没有变形，检查电路各部分的密封垫是否完好无损[5]。

4 结语

断路器验收和维护需关注以下几点：①分合闸线圈选型是否与保护装置控制回路相搭配，线圈的出厂试验参数如线圈绝缘性能、线圈的直流电阻、线圈的动作电压，均应满足技术规范的要求。②线圈的安装位置应满足规避误碰风险，散热良好，并且便于检修人员更换的要求。③状态检修时，做好线圈的性能参数的测试记录分析工作，对断路器的操作机构按规程执行机械特性检查维护，调整检查辅助开关应切换灵活，接触良好，确保线圈动作可靠。