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摘要：针对某变电站HD4型SF6断路器常出现合闸闭锁失灵现象，对该断路器合闸闭锁原理进行了阐述，并结合试验对该故障现象进行了分析。
关键词：断路器；合闸闭锁
Abstract：In view of the failure of closing latch of HD4-type SF6 circuit breakers，this paper introduces the principle of closing latch of the circuit breaker，and analyzes the failure phenomena combining with the experiment.
Key words：circuit breakers；closing latch
某220kV变电站现役35kV断路器为HD4型SF6断路器。由于设备零部件存在质量问题，该型号断路器在运行中常出现合闸闭锁失灵现象。技术人员通过对断路器故障现场的处理和试验分析，认为控制合闸闭锁的电磁铁失灵是导致故障出现的直接原因。在更换了合闸闭锁电磁铁之后，故障现象立即消除。
1 合闸闭锁的原理
HD4型SF6断路器通过断路器机构内部的合闸闭锁电磁铁RL1来实现合闸闭锁功能，即断路器在非工作状态和非隔离检修状态时，断路器即使储能也不能实现合闸功能，见图1。
BT1、BT2—反映断路器手车在工作、隔离位置的电信号触点；BB1—断路器的辅助断路器；KA2—SF6气体压力低时，压力断路器触点启动的辅助继电器；RL1—合闸闭锁电磁铁
图1 HD4型SF6断路器合闸闭锁电气回路示意
图1的端子10、49为正电，端子20为负电。如果电磁铁RL1未通电，它机械闭锁断路器，使其不能合闸。当断路器在工作位置，则BT1接通，若断路器在隔离位置，则BT2接通。若断路器既不处于工作位置也不处于隔离位置，那么图1中的回路无法接通，断路器不能合闸。BB1保持常闭状态。KA2在SF6气体压力正常时，继电器接点也正常接通。若RL1得电，使合闸机械闭锁解除，可以实现合闸。
2 故障合闸闭锁电磁铁动作原理分析
由于HD4型SF6断路器合闸闭锁电磁铁的外壳为金属密封，且电源控制为安装在电磁铁一侧的电路板，我们无法通过解体来达到认识其动作原理的目的。基于对一般电磁铁动作原理的了解，我们通过试验对其动作原理进行分析，进而查找问题。
图2 HD4型SF6断路器合闸闭锁电磁铁
该元件由两部分组成：电磁铁和电源控制电路板，这两者通过带有插接接头的导线连接成一个整体。图2中灰白色的部分为电磁铁，下方黑色部分为电源控制电路板，左侧上方弯曲部分为带有插接接头的导线。
带有插接接头的导线有三个端子。我们把这三个端子从左到右分别称为端子1、2、3。通过测量，发现端子1、2间电阻为14.19kΩ，端子1、3间电阻为196.8 Ω，端子2、3间电阻为14 kΩ。
我们初步判断合闸闭锁电磁铁为电流线圈启动，电压线圈保持的工作原理，接着对该合闸闭锁电磁铁的动作特性进行验证性试验。通过缓慢升高电源两端电压，对端子1、3间，端子2、3间的电压进行监测，我们发现当电源电压达到140V时，电磁铁动作，且能保持住不返回。然后我们又缓慢的降低电压，当达到110V时，电磁铁返回。而且电磁铁未达到动作电压之前，也就是说电源电压低于140伏时，端子1、3间，端子2、3间的电压均接近是0。当达到电磁铁未达到动作电压时，端子1、3间的电压为电源端电压，当达到稳定之后，端子1、3间的电阻和端子2、3间电阻分别承担电源端电压。通过试验结果，得到一个简单的模型，如图3。
图3 HD4型SF6断路器合闸闭锁电磁铁动作原理模型示意
图3虚线框内部为电源控制电路板，输出端为1、2、3，当输入电压达到140V时，虚线框内的接点A、C闭合，R13得电，断开接点B，使得电源电压按照串联分配到R13，R23上。
对此，我们将最低动作电压至额定电压间选取几个值进行了进一步验证，V13为端子1、3间的输出电压，V23为端子2、3间的输出电压。当我们控制的电源输入为以下数值时，得到了实际输出电压。通过比较，我们可以看出输入电压与输出电压成线性的电压分布规律，这也验证了图3的模型是合理的。
3 故障分析及结论
分析故障后，我们对损坏的合闸闭锁电磁铁解体检查，发现铁芯被烧熔化的塑料线圈支架粘死。铁芯温度正常，线圈已烧毁较长时间，铁芯在恢复弹簧力的作用下回到闭锁状态，致使手车在工作位置和试验位置不能合闸。而通过试验可以看到，当试验电源输入电压达不到动作值时，线圈两端的电压近似为0，这样是不可能被烧损的。而当达到输入电压动作值时，端子1、3间的小电阻线圈会迅速接通大电阻线圈的回路，这时试验电源的电压合理的分配在两个线圈之上，且需长时期在额定输入电压的状态下运行。因此，我们判断线圈本身的质量问题是故障可能发生的一个原因。
如果控制电源的电路板出现问题，当输入电压未达到线圈动作电压时，线圈两端就带电，此时产生的大电流在较长时间内存在容易烧损小电阻线圈。这是故障可能发生的又一个重要原因。
通过对该断路器合闸闭锁电气回路的分析解读，及对合闸闭锁电磁铁多次进行验证，并结合现场故障现象，迅速对其余断路器的合闸闭锁电磁铁进行检查，发现有多台断路器出现相同故障，因此应加强该型号断路器的验收管理和运行维护，开展针对性的专项检查、整改，从而保障该型号断路器的安全可靠运行。
参考文献：
[1] 厦门ABB公司.HD4型35kV断路器技术手册.厦门ABB公司，2004
[2] 电力电子技术.国家电网公司人力资源部组编.北京：中国电力出版社，2010
[3] 范次猛.电气控制技术.北京：高等教育出版社，2008
论文作者:韩露,张霆
论文发表刊物:《电力设备》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/28
标签：断路器论文; 电磁铁论文; 电压论文; 端子论文; 线圈论文; 电源论文; 动作论文; 《电力设备》2017年第12期论文;