高压真空断路器检修及故障实例分析

高压真空断路器检修及故障实例分析2016.04——电气专业培训：丁磊概述断路器作为配电线路中的一个重要元件，承担着线路电力的接通、切断、故障保护等功能。真空断路器以其绝缘强度高，熄弧能力强，没有火灾和爆炸危险等诸多优点而受到电力部门的完全认可，在7.2kV～12kV范围内，真空断路器以占绝对优势，并在很短的时间内会完全取代油（或少油）断路器。我厂一期采用的是ZN65A-12真空断路器，二三期采用的是F-C真空及VB系列断路器，由于原理类似，这里通过ZN65A-12结构及原理操作的初步介绍，其次重点介绍F-C及VB系列的故障缺陷分析处理。

技术参数及工作原理合闸运动原理

本断路器的合闸运动由清晰的合闸功能单元完成：单元的本体是一个铸铝外壳的减速箱。减速箱的一侧是挂有合闸弹簧的挂簧拐臂，另一侧是输出合闸动力的驱动凸轮。装在减速箱底部的电机，通过减速箱拉伸合闸弹簧从而储存机构合闸所需能量。弹簧拉伸到规定的位置以后，将被专门的保持机构保持在储能位置。一旦机构接到合闸命令，保持机构将立即解体，将合闸弹簧释放，合闸弹簧就通过驱动凸轮的转动快速收缩，将所储存的能量通过专门的连杆传递到断路器的灭弧室，完成断路器的合闸操作。分闸运动原理本断路器的分闸运动由清晰的分闸功能单元完成：单元的下端布置着断路器合闸保持挚子，该挚子在断路器合闸时与断路器的主轴扣在一起，使断路器的合闸状态得以保持。分闸单元通过两级减力机构将合闸保持挚子传递过来的力减小，并送到分闸单元的脱扣板上。一旦机构接到分闸命令，分闸单元上的脱扣板被分闸铁芯顶开，导致两级减力机构解体，使合闸保持挚子与断路器的主轴之间的扣接状态解体，完成断路器的分闸操作。辅助开关、接线端子与内部接线断路器的辅助开关选用F10型转动式辅助开关。一般产品配有6对常开触点和6对常闭触点。根据用户选用的需要，辅助开关最多可扩展到12对常开触点和12对常闭触点。辅助开关触点的长期工作电流为10A；开断电流在220V时为交流10A、直流2A。断路器的内部接线引到二次插头上，通过接线端子或二次插头与外部电气系统连接。ZN65开关原理图开关检查检查紧固件断路器内部的所有紧固件已经由制造厂在产品出厂前作过全面的检查，安装以后紧固件的检查主要针对断路器与外部系统的连接部位，发现松动应重新紧固。开关检查操作检查操作检查主要针对断路器的合、分动作进行。检查应在断路器主回路不带电的情况下进行。操作前应检查断路器面板上的各项指示是否处于正常位置，操作检查前，断路器应处于合闸弹簧未储能、主回路分闸的状态。操作检查程序用手动储能摇把按操作面板上提示的方向摇动，进行储能操作，操作完了应检查断路器储能是否完成、观察面板上的储能指示是否正确动作；用手动合闸按钮进行合闸操作，操作完了应检查断路器是否处于正常的合闸状态、检查断路器的合闸指示是否正确动作、合分记数器是否正确动作；用手动分闸按钮进行分闸操作，操作完了应检查断路器是否处于正常的分闸状态、观察断路器的分闸指示是否正确动作。测试断路器机械参数采用专用的真空断路器参数测试仪或其他等效的测试仪器和适合的动触头位移传感器测试下列断路器的机械参数。触头开距：触头开距是指分闸位置时断路器一极动静触头间的总间隙。接触行程：也称作超行程，是指动静触接触后产生闭合力的动触头部件继续运动的距离。为了方便，本断路器采用间接测量触头弹簧压缩量的办法来测量触头超行程。测量方法见图七。应分别测量三相各自的接触行程。测试断路器机械参数合闸触头弹跳时间：是指断路器合闸时触头闭合以后到动静触头之间再次出现弹开现象的时间间隔。应分别测量三相各自的触头弹跳时间。三相分闸同期性：是指断路器分闸时最早分开的那相触头和最晚分开的那相触头分开时间的时间差值。分闸时间：是指断路器接到分闸信号瞬间到所有相触头都分离瞬间之间的时间间隔。这一值应分别在断路器的额定分闸电压、最低分闸电压、最高分闸电压下分别测量。合闸时间：是指断路器接到合闸信号瞬间到所有相触头都接触瞬间之间的时间间隔。测试断路器机械参数平均分闸速度：是指断路器分闸时，从触头分开开始到触头达到6mm行程之间的平均速度，计算时通常是用6mm除以这一段距离触头运动所用的时间。平均合闸速度：是指断路器合闸时，从触头开始运动到触头完全闭合这一段触头行程之间触头的触头运动所用的时间。平均速度，计算时通常是用触头开距除以这一段距离。回路电阻检查分别测量断路器的三相主回路各自的回路电阻值。测量应采用电压降法，即通过该相上下出线端在主回路中通以100A直流电流，测量该相断路器上下出线端之间的电压降，通过换算得出该相回路的回路电阻值。测量时应注意不应使回路通电时间太长，否则会影响测量值的正确性。要特别提示的是：使用电桥法测量的回路电阻值通常是不准确的。绝缘水平检查按照安装规范规定的工频耐受电压值，测量断路器的一次和二次回路的工频耐受电压值，以检验断路器的绝缘水平。操作介绍手动操作本产品提供以下手动操作功能：合闸弹簧手动贮能；手动合闸；手动分闸。一般情况下，上述手动操作功能只在断路器空载调试和检测时使用。这几项手动操作功能在特殊情况下有特殊的使用规定，其中：合闸弹簧手动贮能操作功能可以在断路器二次回路还没有电源的特殊情况下使用；.手动分闸操作功能可以在紧急需求的情况下提供给操作者直接对断路器进行分闸操作；手动合闸操作功能只能使用在断路器主回路不带电的情况下，只要断路器的主回路带电就绝对不允许使用手动合闸操作！操作介绍

电动贮能操作断路器处于工作状态后（不管断路器的主回路是否带电），贮能电机的电气回路就处于工作状态，贮能电机会自动通电进行合闸弹簧的贮能操作，合闸弹簧贮能到位以后，断路器内部的贮能位置开关会自动切断贮能电机的电气回路。当断路器使用在移开式开关柜中时，断路器手车应设置相应的联锁，做到：断路器手车在从试验位置向工作位置移动或从工作位置向试验位置移动时，合闸弹簧不得释放，移动中合闸回路被切断，合闸挚子被机械联锁锁住，手动合闸失灵。移动完了合闸回路导通，合闸挚子机械联锁被解除。断路器在合闸状态时，不能移动断路器手车。当断路器使用在固定式开关柜中时，开关柜上应设置相应的联锁，作到：断路器在合闸状态时，不能分合隔离开关。在分合隔离开关过程中，断路器合闸弹簧不得释放,合闸回路被切断，合闸挚子被机械联锁锁住，手动合闸失灵。遇到断路器主回路通电前二次回路尚未通电的情况，可以按照第1.条的规定进行合闸弹簧的手动贮能操作。操作介绍电动合闸操作操作者可以通过连接到断路器合闸回路中的电气触点（如电气按钮、合闸接触器等）的操作，接通断路器合闸电磁铁的线圈（Y9），完成合闸操作。断路器内部设有合闸电磁铁线圈回路与断路器主触头状态之间的电气联锁，如果断路器已经处于合闸状态，断路器内部的辅助开关将使合闸电磁铁线圈电气回路断开，无论外部合闸信号是否给出，断路器都将不能进行合闸操作。同时断路器内部设有合闸电磁铁线圈及手动合闸按钮与断路器主触头状态之间的机械联锁。如果断路器已经处于合闸状态，合闸挚子被联锁杆锁住，手动合闸也失灵，断路器都将不会有合闸操作。断路器内部电气控制回路中还装有防跳继电器，用来防跳。操作介绍电动分闸操作本断路器可向操作者提供两种电动分闸方式：由独立电源供电的分闸电磁铁（Y1）进行电动分闸和由过电流脱扣器进行电动分闸。由独立电源供电的分闸电磁铁（Y1）进行电动分闸操作者可以通过连接到断路器的由独立电源供电的分闸电磁铁线圈（Y1）的分闸回路中的电气触点（如电气按钮、合闸接触器等）的操作，接通断路器由独立电源供电的分闸电磁铁的线圈，完成分闸操作。由过电流脱扣器进行电动分闸本断路器的过流脱扣器线圈（Y2，Y3）接在与电流互感器二次相连接的电气回路中，断路器正常工作时，过流脱扣器线圈(Y2，Y3）被接在该电气回路中的过电流继电器（或相当的保护装置）的常闭触点短路，电流互感器二次回路的电流不流经过流脱扣器线圈(Y2，Y3），主回路出现故障时，过电流继电器动作，常闭接点打开，电流互感器二次回路中的电流将流过流脱扣器线圈(Y2,Y3)，驱动过流脱扣器动作完成断路器的分闸操作。联锁情况断路器主回路状态与合闸按钮之间的联锁。该联锁可实现当断路器处于合闸状态时手动合闸操作失灵的要求。断路器主回路状态与合闸挚子之间的联锁。该联锁可实现当断路器处于合闸状态时合闸挚子被机械联锁而不能合闸。断路器主回路状态与合闸电磁铁线圈电气回路之间的联锁。该联锁可实现当断路器处于合闸状态时合闸电磁铁线圈不能通电的要求。断路器主回路状态与分闸电磁铁线圈电气回路之间的联锁。该联锁可实现当断路器处于分闸状态时分闸电磁铁线圈不能通电的要求。除第5.1.条叙述的内部联锁外，本断路器还设置有供外部使用的联锁接口。通过该接口与外部的连接，可实现在断路器处于某种状态时不能进行合闸操作的联锁。紧急分闸操作只要断路器处于合闸状态，任何情况下都可以通过手动按钮或者通过由独立电源供电的分闸电磁铁对断路器进行紧急分闸操作。F-C及VB系列技术规范真空接触器技术参数F-C及VB系列技术规范VB1技术参数F-C及VB系列技术规范VB2技术参数6KV开关的维护周期

机组大小修时同时进行检查维护；正常运行中断路器应每操作2000次或每年进行一次；运行中发现断路器出现异常情况应进行检查处理；6KV开关的维护项目

一年一次清理本体所有部件的表面；一年一次检查操作机构的电气回路，测量分合闸线圈的直流电组值；一年一次检查触头磨损情况；一年一次检查拧紧松动的紧固件、测量断路器的开距、超行程及断路器的接触电组；一年一次检查测量灭弧室的真空度；随机组大小修进行断路器及灭弧室的交流工频耐压试验；防误操作闭锁装置开关柜有可靠的闭锁装置，为操作人员与设备提供可靠的安全和保护，其作用如下：a只有当接地开关在分闸位置时，手车才能从断开/试验位置移至工作位置，后封板不能打开；b只有当断路器处于分闸位置时，手车才能在柜内移动；c接地开关在合闸位置时，手车不能从断开/试验位置移到工作位置，后封板可以打开；当后封板打开后，接地开关不能分闸；d手车只有在断开/试验位置或柜外时，接地开关才能合闸；e手车在工作位置时，二次插头被锁定不能拔除；f只有当断路器手车处于断开/试验位置或工作位置时，断路器才能进行分闸、合闸操作；g凡属于高压隔室的门均装有门锁，必须使用专用工具，才能打开或关闭。F-C为例缺陷分析无法正常进出车开关柜柜门无法打开：手车不在“试验位置”，或防运行位置打开柜门的闭锁变形；处理：将手车摇至“试验位置”或用螺丝刀在柜门上预留位置孔抵开闭锁无法正常进出车FC手车与开关柜编号是否对应：由于FC手车对应每一台电机、变压器容量不一致，故短路熔丝大小不一致，FC手车本体与开关柜体存在“钥匙-锁眼”的功能，防止误推手车，造成事故，处理：要看清设备编号，检查“钥匙-锁眼”有无变形。无法正常进出车FC手车两侧的挑帘杆是否变形：由于挑帘杆（如图2）的为金属“刀片”式，容易变形，而挑帘孔位置固定，若不对应好，则造成手车挑帘杆撞致开关柜内板上，造成无法进车。处理：看开关柜内板上有无撞击痕迹，调整挑帘杆位置。无法正常进出车在开关柜的手车室的上方装设有带有两个滚轮的位置开关，即我们所谓的S8、S9（如图3）位置节点，有时可能手车上的位置压板变形，导致机构故障卡死。处理：缓慢进车，调整好位置压板。无法正常进出车地刀是否合上：手车室右侧面装有接地刀闸合闸机构的帘板装置。当手车开关进入工作位置时，推进机构的挡板抵住该帘板，使帘板无法打开，接地刀闸不能合闸；反之，在接地刀闸合闸后，帘板装置挡板将阻挡手车进入柜内，从而避免了在接地状态下合接触器的可能性。处理：运行操作一定要按操作票顺序操作。无法正常进出车从“试验位置”摇至“运行位置”卡塞：开关柜内部两侧电缆线挡板螺丝松动，造成手车本体与开关柜摩擦过大，产生卡塞。处理：检查并紧固开关柜内部两侧二次线挡板螺丝。无法正常进出车手车两侧位置锁（俗称“耳朵”）（如图5）无法正常打开：可能手车没有完全从“工作位置”拉至“试验位置”；处理：摇至试验位置。无法正常进出车手车摇把处防非“试验位置”将车拉出仓外的闭锁钮（俗称“小钮子”）（如图6）位置跑偏或固定螺杆弯曲断裂。处理：更换固定螺杆，调整闭锁钮位置。开关无法正常分合闸分合闸回路故障：下图为FC手车内部回路图，检查回路问题，a、可能发生辅助节点接线松脱；处理：紧固二次线；b、辅助节点长期吸合节点氧化回路电阻增加；处理：打磨辅助节点氧化层，至接触电阻合格为止；c、分合闸继电器烧坏：继电器辅助节点烧粘至一起，继电器烧毁，分析原因为此FC长期频繁吸合，造成继电器损坏；处理：更换继电器。现配合#3机B修进行了防跳回路技改项目，彻底解决频繁启动问题，分合闸继电器线圈电阻约500欧姆左右，分合闸端子号分别为31-32，10-20。开关无法正常分合闸d、分合闸线圈烧毁：原因分析：线圈长时间带电。可能由于继电器节点的粘合，造成线圈长时间带电。处理：更换线圈，定期做好检查，分闸线圈电阻约为40欧姆左右，端子号为19-26，合闸线圈电阻为60欧姆左右，端子号为19-24。详细接线见下图F-C开关内部接线图开关无法正常分合闸二次插头故障：a、二次插头针子接线松动或脱落；处理：回路检查不通针子，明显松动，打开二次插头，紧固针子接线，否则，可能为内部辅助节点问题。b、继保直流接地信号发出或摇表试验发现二次回路接地：二次回路接线有破损接地。处理：检查处理发现均为二次插头弯曲部位连线与二次插头金属外壳磨损破皮产生了接地现象，打开二次插头，用电工胶带裹好，回装时尽量不用力挤压摩擦。c、还有可能为开关柜二次插头底座插排故障：插排断裂或插座孔松动。处理：更换二次插头底座。开关无法正常分合闸开关没有真正到“工作位置”：由于FC开关的“工作位置”灯回路仅靠S9节点导通，有可能S9滚轮提前压到位，“工作位置”灯亮，造成手车开关已到位假象。处理：将手车摇到真实工作位置（明显摇不动位置）。开关无法正常分合闸合闸挂钩（如图8）故障：a、曾出现开关分合闸数十次发现一至两次合不上现象，最终检查发现为合闸挂钩松动，出现合闸搭扣量不足，产生合不上现象（此为二期结构，三期F-C不存在）；处理：发现出厂设计存在缺陷，后整改增加一备帽螺母，再未发生因合闸挂钩松动故障合不上情况。开关无法正常分合闸b、FC合闸进出车闭锁连杆手车正面的Y型定位杆（如图9）螺丝松动，造成合闸时定位板抵至Y型板的两角，没进凹槽，合闸不到位，产生合闸合不上现象。处理：紧固Y型定位杆螺丝，调整定位板合闸时恰好在Y型定位杆凹槽内。开关无法正常分合闸FC开关合闸进出车闭锁故障：a、在FC进车摇杆左侧位置闭锁板（如图10）螺丝松动，造成合闸时闭锁挂钩挂不上，不起防合闸进出车作用；处理：调整此闭锁板位置，紧固螺丝。开关无法正常分合闸信号指示灯问题：“试验位置”“工作位置”手车节点分别为上面所说S8、S9节点没有导通，指示灯坏及电源回路故障。处理：调整S8、S9节点位置，使其导通，或检查电源回路，更换指示灯。其他可能缺陷

FC断路器触头检查：在其他兄弟单位曾出现过断路器触头弹簧松动问题，造成触头烧毁停电恶性事故，因此，作为检修检查时，切实做好母线仓及手车开关动静插头检查十分必要。检查触头无放电痕迹，弹簧无松动，螺丝紧固。真空泡真空度不足：真空度不足可能造成断路器灭弧能力下降，造成分合闸拉弧、爆炸危害，因此，检修试验中交流耐压试验项目定期预试。其他可能缺陷开关相间、相对地绝缘定期预试，如果绝缘不合格操作人员在操作过程中有可能引起开关相间放电开关爆炸等事故。相间直流电阻不平衡，可能是电缆导线连接松动，也可能是真空泡直流电阻增大，处理：进行分段检查，紧固螺丝，或更换真空泡。我厂发生的两起非典型性的分合闸线圈烧损故障分析

事件一10月19日，晚23点左右，运行通知#8皮带乙电机6KV开关无法分闸，检修现场采取紧急分闸将开关分开，同时将开关拉出检查，初步检查发现分闸继电器节点粘死，分闸线圈阻值无穷大，初步判断为电回路故障现象。对此6KVFC开关进行全面检查，首先测量了分闸继电器节点粘死情况，发现分闸继电器节点为常开节点粘死，即故障时分闸继电器辅助节点未导通，通过此现象分析：即使分闸线圈烧毁，也不是应为继电器节点粘死故障引起，如下图所示，ZJ2节点常开，分闸线圈TQ不长期受电，若ZJ2节点常闭粘死，则在开关分闸情况下，分闸线圈仍受电，可烧损线圈（曾出现过此故障）。排除此可能性后，拆下分闸线圈检查发现，线圈没有烧损迹象，再次测量直阻，竟出现时通时不通现象，初步判断可能为线圈断线（可能是烧断或脱焊等原因），待进行了分合闸继电器更换、分闸线圈更换后，检查开关机构无异常，进行开关试验位置试分合一切正常，判定此次故障原因为分闸继电器节点粘死及