(广东电网有限责任公司惠州供电局 516000)
摘要：变电站内10kV高压断路器分合闸线圈烧毁故障频发，由此引出对其故障原因的分析和探讨，再根据不同的故障原因和事故类型，提出相应的整改措施和方案。
关键词：断路器；分合闸线圈；辅助开关；原因；措施
前言
在电力系统运行中经常会出现10kV高压断路器分、合闸线圈烧毁的故障。当电气设备发生事故时，如果因断路器分闸回路断线导致断路器拒动，将会造成断路器越级跳闸，扩大事故范围，导致大面积停电的严重后果。另外，在合闸回路完整性遭到破坏时，虽然造成的危害比分闸回路完整性破坏时要小一些，但它最终也将导致线路不能正常送电，降低设备供电可靠性，下面本文将以两个事故案例展开分析。
案例一：
2015年3月23日，220kV某变电站#2主变低压后备保护动作出口，跳开变高2202、变中1102、变低502开关，造成10kV 2M母线失压，损失负荷40MW，占全市负荷4.72%。现场检查发现，#2主变变低502开关柜由于内部故障造成低后备保护动作。经现场外观及试验检查，确定本次事件故障部件为10kV#2M母线侧5022刀闸，根据保护配置及故障发生部位，事件发生时应该由502断路器动作跳闸来隔离故障点，但502断路器未动作，进而导致#2主变三侧跳闸。
检查502断路器分闸线圈发现固定线圈螺栓有松动，线圈固定外壳有裂痕，见图：
该分闸线圈封在一个塑料座内，塑料座通过三个螺丝固定在开关柜操作机构的一块垂直钢板上。通过检查发现，该塑料座螺孔部位有两条裂痕，与之一起的螺丝也明显松动。真正起作用的只有一颗螺栓。整个分闸线圈固定不牢靠，用手感觉有明显的松动。
最后确认开关柜延迟动作的原因如下：该型开关柜分闸线圈固定塑料座质量不良，容易开裂，导致分闸线圈固定不良。由于分闸线圈未固定牢固，同时短路故障发生在开关柜内，开关柜本体的振动和分闸线圈的抖动消减了动作铁芯一部分能量，不足以使分闸脱扣装置脱扣，直到15S后分闸动作铁芯才将脱扣装置顶开使断路器分闸。
案例二：
2015年10月8日110kV某变电站型号为10kV ZN28A-10开关报控制回路断线故障，现场检查开关机构在分闸位置，二次显示在合闸位置，现场有浓重的烧焦糊味，现场检查机构底部有一枚螺栓脱落。检修班现场开盖检查，发现分闸线圈烧毁，表面已附着黑色胶状体，现场线圈标签受热脱落，有浓重的焦臭味，同时发现，辅助开关转动连杆固定穿销断裂且松脱，开关分合闸动作产生振动，螺栓松脱，最终倒致连杆脱落。开关分闸后，辅助开关无法切换至正确对应位置，二次显示开关仍在合闸位置。
二、分合闸线圈烧毁原因分析
根据以上案例，本文以最常见的10kV断路器弹簧机构为例，针对分合闸线圈烧毁故障展开深层次的原因分析。
首先，断路器弹簧机构有别于电磁机构，它不是断路器动作的直接动力，它仅用于弹簧的能量释放,所以它的正常工作电流一般很小，分合闸线圈的真正作用是打开闭锁弹簧能量的销子,这个冲击力的大小取决于线圈磁场强度,也就是说分合闸线圈只有在工作时才需要较大的电流,而且此电流只需在工作那一刻使线圈产生打开闭锁弹簧的销子的动力即可。因此,分合闸线圈的额定电流定的较小。可是,这也带来了分合闸线圈长时间通过额定电流或是通过大电流时会直接破坏线圈绝缘,烧毁线圈的问题。实践表明,如果线圈通过额定电流持续时间3～5min,线圈就会烧毁。
其次,根据10kV断路器的控制原理,它的电流通断是断路器辅助接点控制的,若分合闸线圈通过电流时产生的冲击力不能释放弹簧能量,断路器就不会动作,切断线圈电流的断路器辅助接点不能正常打开,线圈会一直带电,时间稍长,便会烧毁线圈。因此，我们只要找到不能释放弹簧能量或断路器不能正确动作的原因也就找到了烧毁线圈的原因。
从上面分析可以发现，分合闸线圈的烧毁，主要原因是由于分合闸线圈回路的电流不能正常切断，至使分合闸线圈长时间通电造成的。而分合闸线圈本身质量问题也是导致烧毁的原因之一。分合闸线圈长时间带电是关键，只要找到导致线圈长时间带电的原因所在，我们的控制措施也就能够对症下药了。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆翻阅资料和现场处理经验的沉淀，我总结了分合闸线圈烧毁主要有以下几个原因：
1、线圈铁芯机械卡涩
分合闸线圈是一个空芯线圈，根据电磁感应的原理，通电时线圈会产生一个较强的磁场，推动铁芯往上快速移动，顶开储能弹簧的锁扣，使弹簧迅速释放能量带动断路器快速分合闸，当线圈失去电源后，磁场消失，铁芯在复位弹簧作用下复位，恢复到初始状态，整个过程时间非常短。如果高压开关柜内有积灰受潮情况，长时间会导致铁芯生锈或内部积灰，造成铁芯运动时卡涩，当接通分合闸回路电源时，铁芯运动受阻，移动力量无法推动脱扣机构而使线圈长时间通电造成线圈烧毁。
2、线圈质量差
1）如果线圈出厂时电阻值偏差大，在实际运行中，当分合闸回路通电时，分合闸线圈产生的磁力不够，会造成铁芯冲击力不足，铁芯不足以顶开脱扣机构，会造成线圈长时间通电；2）线圈出厂时所用的铜丝不符合要求，线圈在实际运行中，在额定电压冲击下容易发生绝缘击穿或铜丝烧断，造成线圈烧毁。
3、线圈安装不符合规范要求
近几年，有些厂家为了节约设备成本，偷工减料，出厂的开关柜内线圈固定采用塑料底座,随设备运行时间线圈底座容易老化，造成线圈固定不牢固，当分合闸回路通电时，线圈抖动削减了铁芯一部分能量，铁芯冲击力不够，顶不动脱扣机构，对电网安全运行造成严重影响，如上述案例一情况所述
4、辅助开关及附件故障
1）当高压室内受潮情况严重时，辅助开关内部的触点有可能会出现受潮粘连的情况，这样在开关分合闸操作时，造成辅助开关触点切换不灵活；2）当辅助开关行程不合理时，开关在分合闸操作时，辅助开关触点切换不到位，造成线圈长期通电；3）开关正常分合时，振动比较大，长期运行的设备，由于开关的多次分合闸操作导致辅助开关的拐臂螺丝松动，使辅助开关不能正常、准确的切换，以上情况都有可能导致辅助开关在开关动作时触点无法切换至正确位置，出现了动作行程滞后，使得行程开关出现拉弧现象，同时导致线圈长时间通电而烧毁线圈。
5、控制回路电压波动影响。
控制母线电压产生波动,使分合闸线圈产生的磁力不够，引起铁芯的冲击力就不够,若这时机构又稍微有些动作不灵活,就不能释放弹簧能量,最后导致线圈烧毁,所以,必须调整最低分合闸电压,保证电压合格。
三、防止分合闸线圈烧毁的措施
1、铁芯的机械故障情况一般出现在运行时间比较久的开关柜，对10kV弹簧机构开展日常维护时，必须检查分闸线圈动作是否灵活，铁芯是否出现卡阻的现象。如果出现铁芯动作卡涩，已立即采取措施，将线圈拆除，取出活动铁芯，清洁线圈里铁芯活动空间，将铁芯表面清洁并均匀涂抹凡士林进行润换，重新安装后，将铁芯上下活动数次，使内部充分润滑，最后将线圈重新安装回开关机构。
2、用万用表测量分合闸线圈电阻，测量的电阻值偏大或偏小，不在标准范围之内的，要及时更换；同时，采取先进手段，购置脉冲测试仪，对新线圈进行脉冲测试试验，检测线圈匝间绝缘，确保线圈质量。对于在运开关柜分合闸线圈，可结合开关柜预防性试验和检修，采用脉冲测试方式，开展分合闸线圈匝间绝缘检测，检测不合格的分合闸线圈应及时更换。
3、关注线圈固定底座材质，严把验收关。据广电生部（2016）7号文，广电电网有限责任公司提出的《提高开关柜运行可靠性工作方案》的要求，在断路器日常维护工作中，应检查线圈底座材质，若出现塑料底座，对底座及其固定螺丝开展外观及紧固性检查，确保线圈固定良好，同时，结合开关柜预试和检修，安排计划进行更换，避免春城站同类型事故的发生。同时，在10kV断路器投运前，把好设备验收质量关，检查线圈固定底座和撞针，发现分合闸线圈底座为塑料材质，立即要求厂家更换将分合闸线圈塑料底座更换为金属底座，如下图所示。
4、在对10kV弹簧机构开展日常检查维护类工作，或者是处理线圈烧毁故障后，必须检查辅助开关触点的动作情况，连杆转动是否顺畅、触点切换是否灵活，若发现辅助开关外观有烧黄或者是动作不畅，遥控断路器分合闸，观察辅助开关与线圈配合情况，出现线圈延时复归或者辅助开关触点拉弧的现象，应调整辅助开关行程或者准备备品进行更换。
同时，检查辅助开关连杆螺丝是否紧固，开口销是否插入并打开；对于辅助开关行程不合理的，要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。
5、按周期开展开关柜A、B、C修计划，开展分合闸机械特性测量和分合闸电磁铁的动作电压检测，检查断路器的自由脱扣是否正常，分合闸脱扣装置的扣入深度符合要求。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。
四、结束语
2010年以来，根据检修记录显示，我局每年10kV开关因分合线圈故障引起开关拒动事故平均有45次，严重的影响了变电站及10kV配网的安全运行，只要我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。除了上述分析的线圈烧毁的原因，实际中还多次遇到在检修、维护开关后的传动过程中又发生合闸线圈烧毁的现象。对此提出开关检修完特别是原因不明情况下烧毁线圈更换处理后,在验收传动过程中,先使用万用表测量合闸线圈的直流阻值,符合技术要求后,用端子箱内的储能电源人为的、手动、瞬间给合闸线圈进行通电试验。实践证明,该方法可完全验证合闸线圈是否正常,即使是机构故障未处理,因是人为瞬间通电,一点即断,也可避免远控操作再次烧坏线圈,减少了工作量,降低了损失。但这种验收方法必须做好相应的安全措施,防止触电。
参考文献
[1]谭志奇《10kV弹簧操作机构断路器分合闸线圈烧毁原因分析及对策》；电力学报2006（1）.
[2]蒋超伟《断路器弹簧机构常见故障分析与处理》；电力安全技术2008（7）.
[3]宋艳军，张志伟《合（分）线圈烧毁原因分析及处理》；河南电力2013（3）.
论文作者:张晋龙
论文发表刊物:《电力设备》2016年第18期
论文发表时间:2016/11/30
标签：线圈论文; 断路器论文; 弹簧论文; 开关柜论文; 动作论文; 铁芯论文; 故障论文; 《电力设备》2016年第18期论文;