摘要：随着电力系统的迅猛发展，高压断路器已经大批量地生产和使用。对于我们技术人员来说，提高对高压断路器的认识，深入研究分析断路器应用时常见的故障问题，成了一个迫在眉睫的问题。以下是对VD4/Z高压真空断路器应用在高压柜中常见故障问题进行研究分析，并提出合理的解决方案。
关键词：高压柜；VD4Z断路器；故障
前言：随着国家用电规模的不断扩大，各种高压干线、超高压干线等用电网络的覆盖，在带给我们便利的同时也给线路的维修带来了困扰，为此我司研发出了一款型号为VD4/Z的高压真空断路器，它为参数为3-10kV、50Hz的三相交流系统提供配电装置，被广泛的应用在大型的工矿企业、发电厂、变电站中来作为配电保护装置使用，对使用环境的要求较低，目前该款断路器可支持配置在中置柜、双层柜、固定柜内作为高压用电保护装置使用，在业内所取得的口碑较好。
1发展简史
说起真空断路器，不得不提及我们的物理科学家里顿豪斯，他在1893年设计出了一个结构十分的简单的真空灭弧室，并在同年申请了相关的设计专利；一直到1920年，瑞典的一家名为佛加公司的成功的首次研制成功了第一个真空开关，不过由于技术的局限性和成本问题并未得到业内的认可。尽管随后该公司相继在1926年前后分别阐述了真空中分断电流的可能性，并用实际的研究成果展示了这一发现的真实性，但还是因为分断能力小而受到行业的冷落，并未得到真正的实施。一直持续到上个世纪50年代真空材料的研制成功，美国才开始将真空开关进行商业生产，虽然那时真空开关的分断电流只有4千安的水平，但是这也已经是取得长足的进步。随后在1961年研制出15千伏、分断电流为12.5千安的真空断路器；1966年试制成15千伏、26千安和31.5千安的真空断路器。人们这时候才开始真正的进入到真空断路器的时代，在上个世纪80年代中期，美国研制出的真空断路器的分断能力已达100千安，这是一个在电力历史上具有里程碑的时刻。
2 VD4/Z高压真空断路器的主要技术参数
现如今真空断路器已经真真切切的进入到我们的生活中，虽然很少用人见过它到底长什么样。我们大致从这两个方面来区分真空断路器的参数，一个是它的选用参数，另一个就是它的运行参数。前者主要是为用户在设计选型时提供参考意见；后者则决定的是断路器设备自身的机械特性或运动特性，它显示的实际的阐述指标。一般来说，常见的真空断路器主要由这三个部分组成：真空灭弧室、电磁或弹簧操动机构、支架及其他部件。本款VD4真空断路器采用的是ABB自主研发的高性能灭弧室，再配合其他的部件的设计，完美的展示出设备的优越性。VD4中的灭弧室被整体浇注在极柱中，这会使得它的结构更加的坚固，同时这也使得它遭受外部环境的影响较小。真空断路器的工作原理：它是依靠灭弧室的主触头在真空中所形成的开断灭弧单元，不再需要额外的灭弧和绝缘介质，通常他是依靠真空中的金属蒸汽来进行导通，这时外部为真空断路器提供能量形成电弧；当回路中的电流消失时电弧不在维持，然后整个装置就呈绝缘的状态。即使在很小的开距下，真空也有很高的绝缘强度，因此只要在电流过零点的数毫秒之前将真空灭弧室的触头分开，即能保证成功开断。与此同时它还采取特殊的工业设计，降低了对触头的烧蚀耗损，延长了灭弧室的正常使用寿命。同时在真空中缺乏氧气等气体的存在，触头被氧化的可能性就更小了。
3高压柜中VD4/Z真空断路器拒绝动作故障
3.1故障现象
工程现场，当远程主板控制器要求关机时，高压柜的VD4/Z真空断路器拒绝动作，导致电机负载无法停下来，值班人员发现异常后拍急停按钮，电机依然无法停机，最后按下高压柜上VD4/Z真空断路器本体的分闸按钮才将断路器分闸。
3.2原因分析
导致VD4/Z断路器拒绝动作的原因可能包括如下：（1）远程下发命令的主板故障，造成主板没有发出有效的分闸信号，断路器没有接收到信号；（2）远程分闸控制回路中的继电器失效，分闸信号将中断，无法传输至断路器；（3）远程分闸控制回路中存在断线问题，分闸信号无法传输至断路器；（4）VD4/Z真空断路器的分闸线圈故障，断路器将无法分闸；（5）VD4/Z断路器的辅助触点S4失效故障，分闸信号中断，造成断路器无法分闸；（6）VD4/Z真空断路器操动执行机构故障或分闸顶杆变形，断路器无法分闸；（7）弹簧操作机构合闸储能回路故障，合闸后有可能无法实现分闸操作；（8）控制电源失效，整个控制回路无电源，VD4/Z断路器无法接收分闸信号。
3.3排除验证法
（1）当整个回流出现异常时，值班人员通过手动按下急停按钮之后发现电机仍旧在运转，这时我们需要来检测是否是SB急停按钮发生故障。我们按下SB按钮后，理论上这时KA线圈瞬时的失电，这时KA常闭干触点闭合，整个回路中就会瞬时传递一个分闸信号。假设我们认为是主板故障，那么它就会一直在不断的向外输出合闸信号，这时候信号传递到VD4/Z断路器这里时它就会自动完成分闸，我们可以看到这时电机停止转动。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆实际上在我们按下SB急停按钮后，电机仍旧继续保持正常工作，这就说明主板异常的可能性排除；
（2）值班人员最终按下VD4/Z本体的分闸按钮分断了断路器，因此可排除VD4/Z操动执行机构故障及弹簧操作机构合闸储能回路故障；
（3）值班人员检查发现事故现场的继电器无异常，并且周围的线路无故障；
（4）分闸线圈存在老化的问题，但是检测结果显示其电阻参数正常，并且线圈在通断电后的吸断动作正常；
（5）最后的检测结果显示本次事故产生的原因是由于高压柜直流屏电源故障所致，它采用的电池进行供电，当电源耗尽时一旦没有引起值班人员的注意，势必就会导致控制回路因为缺乏电源而不能够正常工作，它就无法正常的将远程主板的信号及时的传递给VD4/Z真空断路器执行相应的动作，最后酿成事故。
3.4解决方案
（1）控制回路增加低电压脱扣器。在VD4/Z断路器上增加低电压脱扣器，将电压线圈安装在DC110V控制回路中，当控制回路电压过低或消失时，低电压脱扣器动作触发VD4/Z断路器跳闸，保证控制回路断电时断路器可靠跳闸。
（2）增加独立的急停信号控制回路。优化设计，增加独立的急停信号控制回路接至VD4/Z断路器跳闸回路中，当发生紧急事故按下急停时直接动作VD4/Z断路器，避免急停信号再通过中间继电器转换或经过复杂线路才输送至断路器上，降低急停失效的故障概率。
（3）远程主板在实时的监控过程中检测到回路中存在的异常信号时，它立即向控制回路下发一个停机信号，当时间间隔大于预设的控制回路响应时间之后还能够检测到异常电流信号时，主板直接发出命令让高压柜产生跳闸动作，这时高压柜可以直接控制串接在VD4/Z断路器的上一级开关，迅速执行分闸动作。
4高压柜中低电压脱扣器误动作故障
4.1背景
通常为了保险起见，高压柜控制电源一般采用的是级联的方式将两组电源接入到系统中来，一组由AC220V/DC110直流电源模块供电，另一组为备用电池组GB，这就确保在AC220V/DC110直流电源模块在断电的情况下高压电仍旧能够进行稳定的不间断工作。我们在测试高压柜中的VD4/Z断路器时发现它会存在异常跳闸故障，具体表现为当VD4/Z断路器合闸后，这时整个回路中开始有电压通过，而我们的储能电机开始运转时，VD4/Z断路器会突然的出现异常跳闸故障。
4.2原因分析
通过对现场进行调试与分析我们知道，给高压柜进行供电时，这时它的电源主要由MT直流供电模块提供，这时的电池组GB正处于充电状态，VD4/Z断路器合闸后，储能电机（-MS）进行储能时的额定功率为200W，这远高于直流电源模块MT 80W的额定输出功率，这自然会导致VD4/Z断路器启动分闸，结果显示该真空断路器不存在技术上的故障。
4.3解决方案
结合高压柜VD4Z断路器的参数及常见故障，提出解决该断路器故障的方案。
4.3.1在高压柜直流电源箱增加警告标识
要求高压柜投入使用前，必须提前将备用蓄电池组GB充满电。当VD4/Z断路器合闸后，储能电机（-MS）立即自动对合闸弹簧进行重新储能，虽然直流电源模块MT无法为储能电机（-MS）提供足够电源，但是备用蓄电池组GB此时为充满电状态，检测到控制回路电压下降时及时为储能电机（-MS）补充电源，保证VD4/Z断路器正常动作。但此方案会造成客户使用高压柜时，操作复杂、维护不便。
4.3.2新设计的高压柜选用
300W额定功率的直流电源模块MT。选用额定功率为300W的直流电源模块MT，保证储能电机（-MS）工作状态时，只有直流电源模块MT供电也能完全满足
总结：高压柜VD4Z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；真空断路器其具有体积小、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。对此类型断路器进行故障诊断及应对措施分析，能够对今后断路器的诊断及维护工作提供一定的借鉴，今后也需要立足工作实际，不断探索故障处理的新途径和措施，更好的保障高压柜的稳定运行。
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论文作者:鹿浩,狄威
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/18
标签：断路器论文; 高压论文; 回路论文; 真空断路器论文; 故障论文; 信号论文; 电机论文; 《基层建设》2018年第1期论文;