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摘要：二次回路是指二次设备对一次设备进行监控以及保护的电气回路，它是电气系统的重要组成部分。从以往继电保护事故原因分析来看，二次回路故障是导致电力生产活动不能正常进行的主要原因之一。本文探讨了造成10kV断路器二次回路的故障的主要原因并提出对应处理措施。
关键词：控制回路；故障分析；辅助接点
0 引言
随着电力系统的发展，系统内部的结构也越来越复杂，负载也越来越多，所以电力企业要加强继电保护二次回路的维护和检修工作，保证继电保护二次回路运行的稳定性，使其能有效地发挥出自己的作用，在电力系统发生异常时及时开启保护措施，保护电力系统。同时为了保证二次回路工作人员的人身安全，实现电力系统稳定、高效运行，有必要对这些安全隐患问题进行分析，并采取有效的预防性措施。
1 10kV断路器二次回路故障分析
1.1 分合闸线圈烧毁
1.1.1 分合闸原理
在发电厂和变电所中，直接与生产和输配电能有关的设备称为一次设备，由一次设备连接的系统称为一次系统。对一次电气设备进行监视、测量、操纵、控制和起保护作用的辅助设备，称为二次设备。断路器的控制回路如图1所示。合闸可通过遥控操作、重合闸动作、手动操作来接通回路实现断路器合闸。分闸除了遥控操作、手动操作来实现断路器分闸，还有一种方式为保护装置动作切除故障。正常运行时：当断路器在分闸位置时，断路器常闭辅助接点QF1处于闭合状态，断路器常开辅助接点QF2处于断开状态；当断路器在合闸位置时，断路器常闭辅助接点QF1处于断开状态，断路器常开辅助接点QF2处于闭合位置。
合闸过程：遥控、手动或重合闸动作，经过辅助接点QF1接通合闸线圈YC实现合闸，此时断路器辅助接点QF1在传动连杆带动下打开QF1常闭接点，切断合闸回路。同时跳闸回路常开辅助接点QF2闭合。
分闸过程：遥控、手动或保护装置发跳闸信号，经过闭合的常开接点QF2接通跳闸线圈YT，最后使断路器动作跳闸切除故障，分闸的同时断路器常开辅助接点QF2断开，常闭辅助接点QF1闭合。
1.1.2 分合闸线圈烧毁原因分析
现阶段对于分合闸线圈均按“短时间大电流”原理设计，其10kV断路器分合闸线圈额定电流一般为1～2A。正常情况下该线圈能承受2～3s的大电流，如若分合闸回路无法在该时间内有效断开，则势必造成分、合闸线圈长期通电过热融胶，甚至烧毁。
通过分合闸原理可知，造成10kV断路器分合闸线圈烧毁的原因可以有如下几种情况。
（1）断路器常开辅助接点QF2、常闭辅助接点QF1在断路器动作后存在粘滞现象，导致QF1或QF2工作不正常，致使没有切断分合闸回路，使得分合闸线圈带电时间超过额定时间，从而发热烧毁分合闸线圈。
（2）断路器机构故障。如断路器本体内部导电杆、传动连杆存在卡涩现象，致使断路器拒分、拒合，最终将使QF1或QF2该断开时未断开，导致分合闸线圈长时间通电使线圈烧毁。
（3）当厂用电故障、蓄电池运行时间较长或多路断路器同时动作时，导致直流电源容量不足。分合闸线圈两端电压可能低于最低动作电压值，使得分合闸线圈长时间通电发热，烧毁线圈。
（4）分合闸线圈内部缺陷，如绝缘低下、短路等。
1.2 辅助接点烧毁
1.2.1 电弧原理
电弧是一种气体放电现象，是电流通过某些绝缘介质（例如空气）所产生的瞬间火花。电弧形成后，其触头间的电压会立刻降低，但弧柱的温度很高，处于高温下的介质分子和原子将产生剧烈运动，不断发生碰撞，游离出更多自由电力和离子，维持电弧的燃烧。特别对于直流电源，因其大小（电压高低）和方向（正负极）都不随时间而变化，电弧难以自动熄灭。
1.2.2 辅助接点烧毁原因分析
辅助接点烧毁原因主要有以下2个。
（1）辅助接点质量问题。断路器传动连杆上的行程开关接点与辅助接点之间接触压力不够，产生间隙，致使回路导通过程中存在持续打火现象的发生，导致辅助接点发热起火。
（2）断路器传动连杆存在卡涩现象，动作期间虽表现为拒分、拒动，但断路器传动连杆在此过程中仍将在一定程度上发生弧度偏小的轻微转动，致使传动连杆上的行程开关接点与辅助接点之间产生间隙，使得电压超过空气的耐受力，从而电离变成导体产生电弧，电弧绕过绝缘体沿着绝缘体的表面产生，伴随发热造成烧毁。
2 处理措施
10kV断路器二次烧毁现象的出现，主要原因为二次回路故障情况下，不能在一定时间段内自动切断回路或电气距离较近，分合闸线圈或辅助接点两端持续带电，导致发热甚至起火事件的发生。针对以上问题，笔者建议在确保检修质量的前提下，可选择采取以下措施防止二次故障导致回路烧毁事件的发生。
2.1 分合闸线圈选择
正常情况下，电气设备通电时产生的热量可以用下式表示：
Qd=I2Rt
分合闸线圈散热量可以按下式计算：
Qk=∫0t1KA（Tg-Tn）dt
其中：K——分闸合线圈外壳传热系数W/m2•℃
A——线圈的面积m2
Tg——线圈的平均温度℃
Tn——空气温度℃
因此对于分合闸线圈长时间带电情况下，其热量模型如下：
Q=Qd-Qk=I2Rt-∫0t1KA（Tg-Tn）dt
其中：当Q＞0，温度上升
当Q＜0，温度降低
由此可以看出，电气设备在长时间通电情况下，其发热量几乎呈一条直线上升。而分合闸线圈在固定设备材料、面积等条件下，其散热曲线呈缓慢上升，当线圈温度越大于室温时，其散热量将越大。
综上所述，分合闸线圈的选择应从以下3个方面综合考虑：线圈电阻；线圈面积及材料，面积较大、传热性好的材料的线圈能增加线圈自散热能力；防火材料，对于参数、大小、型号选定的分合闸线圈，在其表面涂刷防火涂料，可以增加燃烧难度，使被保护线圈不直接与空气接触，延迟线圈着火和减少燃烧的速度。
2.2 加装时间继电器
图2 时间继电器加装接线
分、合闸控制回路中，将时间继电器线圈串入KM1、KOM线圈之后，对其进行电气保护；其延时打开的动断触点T1、T2安装在KM1、KOM动合接点后，见图2所示。在异常情况下，当断路器辅助接点不可靠断开时，时间继电器得电，延时打开动断触点，有效切开分、合闸回路，实现分、合闸线圈、辅助接点的断电功能。需要注意的是：时间继电器的延时要大于断路器跳、合闸动作时间。一般断路器的动作时间均小于0.1s，故对于时间继电器的时间可以设定为3～5s。
2.3 辅助设备选择
（1）空气的击穿电压经验公式如下：
U=24.22δd+6.08错误！未找到引用源。
式中，d—间隙距离，δ—空气相对密度
由公式可以看出，间隙距离及空气密度直接影响电弧的形成。
（2）空气湿度与空气绝缘电阻成反比例关系。随着空气湿度的增加，空气绝缘电阻将呈下降趋势，使绝缘电阻值降低。
根据以上分析，可以在保证辅助接点质量的前提下，通过开启加热驱潮装置及排风装置，保持开关柜断路器室空气的干燥，降低空气湿度、密度，增加电离难度，减少电弧产生的可能性。
3 结束语
综上所述，断路器继电保护是保证电力系统安全的基础，所以要及时发现并消除二次回路存在的隐患，并对其运行原理及特点要有充分的把握，保证继电保护装置正常运行。这就要求我们加强对二次回路故障的研究分析，具备良好的知识基础，在判断故障时要多方考虑各相关因素，对故障的查找和处理要准确快速，从而确保生产设备的健康安全运行。
参考文献：
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[2]姜春阳，刘俊杰，周峰，殷小东，刘鹍，周一飞.可用于CT二次回路状态识别的方法和模块研究[J].现代电子技术.2017（04）
论文作者:董芸菲
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/22
标签：线圈论文; 断路器论文; 接点论文; 回路论文; 常开论文; 电弧论文; 空气论文; 《基层建设》2017年5期论文;