高压真空断路器分闸线圈烧毁故障分析[共11页]

1、高压真空断路器分闸线圈烧毁故障分析高压断路器分合闸线圈烧毁故障分析 电力系统运行中经常发生分、合闸线圈烧毁事故。当电气设备发生事故时，如果因断路器分闸回路断线出现断路器拒动现象，将使事故扩大，造成越级分闸致使大面积停电，甚至造成电力设备烧毁、火灾等严重后果。而合闸回路完整性破坏时，虽然所造成的危害比分闸回路完整性破坏时要小一些，但它也使得线路不能正常送电，妨碍了供电可靠性的提高。所以很有必要对断路器线圈烧毁原因进行分析，积累了事故处理经验，提出防范措施和技术改进，为断路器检修工作提供工作参考。众所周知，跳、合闸线圈设计时都是按短时通电而设计的。跳、合闸线圈的烧毁，主要是由于跳、合闸线圈回路的电

2、流不能正常切断，至使跳、合闸线圈长时间通电造成的。一、分闸线圈长时间通电的原因 1.分闸电磁铁机械故障线圈松动造成断路器分闸时电磁铁芯位移，使铁芯卡涩，造成线圈烧毁。或是由于铁芯的活动冲程过小，当接通分闸回路电源时，铁芯顶不动脱扣机构而使线圈长时间通电烧毁。 2.断路器拒分控制回路正常时，断路器出现拒分的故障均为连杆机构问题，死点调整不当，使断路器分闸铁芯顶杆的力度不能使机构及时脱扣，使线圈过载，造成分闸线圈烧毁。 3.辅助开关分合闸状态位置调整不当在断路器分合闸状态时，应调整辅助开关使其指示到标示的范围内，然而实际调整断路器开距和超行程等参数时，会改变断路器分合闸的初始状态，而辅助开关分合位

3、置的初始状态未做相应的调整，将导致辅助开关不能正常切换分合闸回路而使分闸线圈烧毁。 4.分闸控制回路辅助开关接点使用不当分闸控制回路上接有一对延时动合接点，该延时目的是为了保证断路器在合闸过程中出现短路故障时能完成自由脱扣。然而，当断路器合闸时间极短，远小于断路器的分闸时间，断路器未来得及脱扣时就已合闸到位，此时，分闸控制回路的延时接点的延时作用将失去意义。相反，该延时接点在分闸过程中，由于辅助开关动静触头绝缘间隙较小，经常出现拉弧现象，频繁拉弧，久而久之使辅助开关的触头烧毁，继而引起分闸线圈烧毁。 5. 分闸回路电阻偏大分闸线圈回路绝缘降低，或是线路过细造成电阻偏大，使得分闸回路电压有衰减，

4、导致控制电压达不到线圈分闸电压动作值，分闸线圈长期带电，线圈烧毁。防止分闸线圈烧毁的措施(1) 将分闸回路的延时动合接点改接为一对普通的常开接点，经常检查辅助开关的接点及辅助开关的拐臂螺丝，正确调整辅助开关的位置，使辅助开关与断路器分合闸位置正确、有效地配合。(2) 固定好分闸线圈，经常检查分闸线圈的铁芯有无卡涩。 (3) 每年的检修工作中，正确调整好断路器的连杆机构，经常检查断路器的自由脱扣是否正常，断路器的低电压动作试验是否在额定电压的30-65时可靠跳闸。二、合闸线圈长时间通电的原因 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

5、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，引起线圈烧坏。 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，烧毁线圈。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

6、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，造成线圈烧毁。 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80Ue。 合闸线圈烧毁的预防措施（1）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)正确调整辅助开关的位置。(3) 要求值班员在许可工作前，除必须取下控制回路熔断器外，还应将重合闸投切回路打开，避免检修、试验工作中造成烧合闸线圈的可能。以上分合闸线圈烧毁的原因和防范措施，都是在正常操作和设备检修中过程中发现总结出来的，只要我

7、们对此类问题高度重视和加强管理，就可以减少此类事故发生的机率。真空断路器构成真空断路器因其灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空而得名；其具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，在配电网中应用较为普及。4 * ( Q: _. |: v- N* 5 u6 . x7 f4 G$ X% X* B6 / b真空断路器主要包含三大部分：真空灭弧室、电磁或弹簧操动机构、支架及其他部件。以下是对基本术语和各部分的具体介绍： 2 ! M|7 x+ Q ( S# 8 V# 1.真空断路器技术标准真空断路器在我国近十年来得到了蓬勃的发展，至今方兴未艾。产品从过去的ZN1ZN5几个品种发展到现

8、在数十多个型号、品种，额定电流达到5000A，开断电流达到50kA的较好水平，并已发展到电压达35kV等级。?$ p- T* r0 x: b/ B0 q5 F + % 0 g2 m+ s% n* |80年代以前，真空断路器处于发展的起步阶段，技术上在不断摸索，还不能制定技术标准，直到1985年后才制定相关的产品标准。! 目前国内主要依据标准为：2 9 j: * h5 G2 I; Y# 1 H7 G( f, P8 + Y# CJP3855-963.640.5kV交流高压真空断路器通用技术条件7 X: x! C- A. _8 G& _8 B: s7 F6 G: V+ z+ ( c MDL403-9

9、11035kV户内高压断路器订货技术条件) h# BDt1 9 w( 这里需要说明：IEC标准中并无与我国JB3855相对应的专用标准，只是套用IEC56交流高压断路器。因此，我国真空断路器的标准至少在下列几个方面高于或严于IEC标准： P7 U9 e- P7 q- ?0 (1) 绝缘水平： 试验电压 IEC 中国 ! V/ C. P V2 s0 y# x+ v# d2 v H8 N% i4 OY/ u_9 U1min工频耐压(kV) 28 42(极间、极对地)48(断口间) : Z* V( 8 4 e8 o r3 9 sk% k1.2/50冲击耐压(kV) 75 75(极间、极对地)84(断

10、口间) * X) Q! (2)电寿命试验结束后真空灭弧室断口的耐压水平：IEC56中无规定。我国JB3855一96规定为：完成电寿命次数试验后的真空断路器，其断口间绝缘能力应不低于初始绝缘水平的80%，即工频1min33.6kV和冲击60kV。1 + / t9 f6 D1 _& - : c% F1 c2 e) n7 Q(3)触头合闸弹跳时间：IEC无规定，而我国规定要求不大于2ms。. R9 j0 f) ?! z3 0 b1 7 x( d5 q1 P, 3 t7 (4)温升试验的试验电流：IEC标准中，试验电流就等于产品的额定电流。我国DL403-91中规定试验电流为产品额定电流的110%。

11、2.真空断路器的主要技术参数 真空断路器的参数，大致可划分为选用参数和运行参数两个方面。前者供用户设计选型时使用；后者则是断路器本身的机械特性或运动特性，为运行、调整的技术指标。1 h&3 Z0 z% gr; r下表是选用参数的列项说明，并以三种真空断路器数据为例。5 . 7 h2 Y) T* |0 P! U表中所列各项参数，均须按JB3855和DL403标准的要求，在产品的型式试验中逐项加以验证，最终数据以型式试验报告为准。 2.真空断路器的主要技术参数: 参数名称 单位 型号 & V) W( c: d: BZN28-12/1250-20 ZN27-12/1250-31.5 ZN27A-12

12、/3150-40 0 k, |+ A5 H; j, c6 C+ J5 J7 F j( l8 D电压参数+ p n$ M$ D* x; O y( C. - _8 l Y% t& M+ r$ A额定电压 kV 10 % m/ |3 P0 y6 A7 g& X. r, c1 T最高电压 11.5 2 , B# q; & n5 N* 绝缘水平6 k5 e/ h3 o7 s6 U% . 工频耐压 极间、极对地 42 / a/ M1 x* R1 g/ Z- M - x0 B% w, g% I断口间 48 a9 i L; t& x Z: r4 U, F冲击耐压 极间、极对地 75 F, F$ P9 j5 p

13、0 Q. o. k t0 U+ j+ h2 T3 u; n- t断口间 84 + T- w$ d+ i3 S1 f. K电流参数 额定电流 A 1250 1250 3150 . p* y5 U: L, U/ q& M+ D6 i额定短路开断 kA 20 31.5 40 , V8 U; B! j$ DH: c I4 S2 R2 Q1 / 1 , h4 额定峰值耐受电流 kA 50 80 100 3 |) b6 |_% W( 4S短时耐受电流 kA 20 31.5 40 * ; X- L5 % |. 0 m( D额定短时关合电流(峰值) kA 50 80 100 - C1 s3 H0 L8 W G

14、4 u! B6 x2 x: H/ i, I/ x额定单个电容器组开断电流 A 630 800 , X5 E9 ; m% Z Z5 9 额定背对背电容器组开断电流 A 400 400 h 8 w4 G: c x8 V6 q! z8寿命 额定短路开断电流次数 次 50 50 30 % & P: P9 g5 j V9 6 P. ; X 0 s) h2 y: r Q$ l机械寿命 次 10000 6 4 K: p5 m8 y 其它 额定操作顺序 分-0.5s-合分-180s-合分 分-180s-合分-180-合分 h! k- v% h! a$ g& r# R% ) F! i$ l2 ; s) t1 p

15、# w5 D( b; Z& R全开断次数 不大于60 P4 L; O$ + A8 X6 b v6 H. A7 T9 _8 f/ S0 H+ r6 S配用操动机构 CD或CT机构 * O, g% V# U3.真空断路器的机械特性（运行参数） 序号 机械特性参数 单位 ZN28-12/1250-20 ZN27-12/1250-31.5 ZN27A-12/3150-40 X: Q. y8 R! x9 I8 w. h A( J8 v: P2 p, h1 1 触头开距 mm 111.0 101.0 111.0 $ m& Y4 M6 L2 接触行程 mm 41.0 30.5. V, . v1 g D/ Q

16、$ , I3 Q- y% z/ i1 g0 y4 s H) F3 触头接触压力 N 1500200 3000200 5000300 & x% i3 N5 U4 q9 B: I7 _4 G$ L9 d! H4 平均合闸速度 m/s 0.60.2( y2 u+ p& H/ ) N# B/ C4 w1 e+ q/ B$ w k3 o4 C. q5 平均分闸速度 m/s 1.10.2 1.10.3 1.10.3 ; n; H- e( p9 - P% q$ W4 _: C7 I0 r6 合闸弹跳时间 ms 28 f: |5 _ v( J/ u. Z$ F+ J5 9 ! , k- _: v/ W5 i)

17、 Q7 分、合不同期性 ms 2 5 e1 X/ u/ J. U5 Y( R+ |7 Y5 d6 C1 Q, 2 I! Q& W& U8 分闸时间 ms 100 * m8 H T M# D0 r: D/ O. F4 J( ( i$ + $ G- a; O7 M% V9 分闸时间 ms 60 3 R6 l0 P# W$ ) F( U0 z( f# a0 . j* p+ fW10 主回路直流电阻 60 60 20 . g1 n3 1 I( o4 r11 动静触头累积允许磨损厚度 mm 3.0) X, D3 x2 a1 ( w*) i7 Lk7 H8 n* X: j 为满足真空灭弧室对机械参量的要求

18、，保证真空断路器电气机械性能，确保运行可靠性，真空断路器须具有稳定、良好的机械特性。主要机械特性列于上表，亦以三种断路器技术指标为例。 4.各机械特性对产品性能的影响 产品机械特性的优劣，对产品各项电气性能有重要的关系，而且影响产品运行可靠性。衡量真空断路器的性能，真空灭孤室本身的性能固然重要，然而机械特性同样具有举足轻重的作用。下面对各机械特性参数与产品性能的关系分述如下：& f5 t( & S- ?; I4.1开距# % A/ I! v2触头的开距主要取决于真空断路器的额定电压和耐压要求，一般额定电压低时触头开距选得小些。但开距太小会影响分断能力和耐压水平。开距太大，虽然可以提高耐压水平，

19、但会使真空灭弧室的波纹管寿命下降。设计时一般在满足运行的耐压要求下尽量把开距选得小一些。10kV真空断路器的开距通常在812mm之间，35kV的则在3040mm之间。1 Z5 % K1 a( _& V# Q- A$ O8 b, D. U9 z6 O. p; D4.2触头接触压力5 d( V- |0 x0 e; I4 s BK5 p8 C# _* U* U$ , I在无外力作用时，动触头在大气压作用下，对内腔产生一个闭合力使其与静触头闭合，称之为自闭力，其大小取决于波纹管的端口直径。灭弧室在工作状态时，这个力太小不能保证动静触头间良好的电接触，必须施加一个外加压力。这个外加压力和自闭力之和称为触

20、头的接触压力。这个接触压力有如下几个作用：4 L* E- A 1 % T! f+ (1)保证动、静触头的良好接触，并使其接触电阻少于规定值。8 U% (2)满足额定短路状态时的动稳定要求。应使触头压力大于额定短路状态时的触头间的斥力，以保证在该状态下的完全闭合和不受损坏。3 J7 x r b8 R/ u9 t1 9 |- P9 (3)抑制合闸弹跳。使触头在闭会碰撞时得以缓冲，把碰撞的动能转为弹兴的势能，抑制触头的弹跳。- ; u) A$ n l4 q7 # A w3 o$ 4 b w+ O8 a(4)为分闸提供一个加速力。当接触压力大时，动触头得到较大的分闸力，容易拉断会闹熔焊点，提高分闸初始

21、的加速度，减少燃弧时间，提高分断能力。触头接触压力是一个很重要的参数，在产品的初始设计中要经过多次验证、试验才选取得比较合适。如触头压力选得太小，满足不了上述各方面的要求；但触头压力太大，一方面需要增大合闸操作功，另外灭弧室和整机的机械强度要求也需要提高，技术上不经济。4.3接触行程(或称压缩行程)6 & ?5 0 u+ S( q- k9 h, o: - Z! 目前真空断路器毫无例外地采用对接式接触方式。动触头碰上静触头之后就不能再前进了，触头接触压力是由每极触头压缩弹簧(有时称作合闸弹簧)提供的。所谓接触行程，就是开关触头碰触开始，触头压簧施力端继续运动至会闹终结的距离，亦即触头弹簧的压缩距

22、离，故又称压缩行程。. f6 A3 X: l( w2 x0 a接触行程有两方面作用，一是令触头弹簧受压而向对接触头提供接触压力；二是保证在运行磨依后仍然保持一定接触压力，使之可靠接触。一般接触行程可取开距的20%30%左右，10kV的真空断路器约为34mm。6 I1 - Y2 |* g( J. 真空断路器的实际结构中，触头合闸弹簧设计成即使处于分闸位置，也有相当的预压缩量，有预压力。这是为使合闸过程中，当动触头尚未碰到静触头而发生预击穿时，动触头有相当力量抵抗电动力，而不致于向后退缩；当触头碰接瞬间，接触压力陡然跃增至预压力数值，防止合闸弹跳，足以抵抗电动斥力，并使接触初始就有良好状态；随着接

23、触行程的前进，触头间的接触压力逐步增大，接触行程终结时，接触压力达到设计值。接触行程不包括合闸弹簧的预压缩量程，它实际上是合闸弹簧的第二次受压行程。8 y- $ z! z1 S& k3 ; k5 k6 W4.4平均合闸速度8 ? T9 & O* f5 X; / 平均合闸速度主要影响触头的电磨蚀。如合闸速度太低，则预击穿时间长，电弧存在的时间长，触头表面电磨损大，甚至使触头熔焊而粘住，降低灭弧室的电寿命。但速度太高，容易产生合闸弹跳，操动机构输出功也要增大，对灭弧室和整机机械冲击大，影响产品的使用可靠性与机械寿命。平均合闸速度通常取0.6m/s左右为宜。8 / 4.5平均分闸速度- e- W5

24、j9 ; k( z F3 v断路器的分闸速度一般而言速度越快越好，这样可以使首开相在电流趋近于0前23ms时能开断故障电流；否则首开相不能开断而延续至下一相，原来首开相变为后开相，燃弧时间加长了，增加了开断的难度，甚至使开断失败。但分闸速度太快，分闸的反弹也大，反弹太大震动过剧亦容易产生重燃，所以分间速度亦应考虑这方面同素。分闸速度的快慢，主要取决于合闸时动触头弹簧和分闸弹簧的贮能大小。为了提高分闸速度，可以增加分闸弹簧的贮能量，也可以增加合闸弹簧的压缩量，这都必然需要提高操动机构的输出功和整机的机械强度，降低了技术经济指标。经过多年试验认为，10kV的真空断路器，平均分闸速度能保证在0.95

25、1.2m/s比较合适。w! b0 G7 a% n2 t; 4.6合闸弹跳时间 M! B. L g9 W7 j+ 合闸弹跳时间是断路器在会闹时，触头刚接触开始计起，随后产生分离，可能又触又离，到其稳定接触之间的时间。6 H- J4 j& ?9 l9 d, z8 Q, M( O2 W- 这一参数国外的标准中都没有明确规定，1989年底能源部电力司提出真空断路器合闸弹跳时间必须小于2ms。为什么合闸弹跳时间要小于2ms呢？主要是合闸弹跳的瞬间会引起电力系统或设备产生L.C高频振荡，振荡产生的过电压对电气设备的绝缘可能造成伤害甚至损坏。当合闸弹跳时；同小于2ms时，不会产生较大的过电压，设备绝缘不会受损，在关合时动静触头之间也不会产生熔焊。* g#