摘要:针对汽轮机直流事故油泵启动过程中接触器线圈烧毁导致直流220V母线I段正控母绝缘降低的缺陷分析，并对其控制回路原理及接触器线圈工作原理进行描述，找出导致接触器线圈烧损的原因，并提出了预防同类型故障发生的方法，为同类型的故障预防及处理提供参考。
关键词：直流事故油泵; 接触器；线圈
0 事件概述
2016年2月13日，某电厂5号机组在启机过程中，由于交流润滑油泵卡涩跳闸，联锁启动汽机直流事故油泵成功，电机电流166A，主机润滑油压稳定。一段时间后，5号机CRT画面出现“5号机直流系统故障”报警，5号机220V直流系统集中监控器出现“正控母对地绝缘低”、“正控母对地欠压”异常报警。随后对运行中汽机直流事故油泵回路检查，电机声音、温度正常，电机控制箱处有较大焦糊味。打开柜门后发现，用于控制启动时短接电阻器的接触器线圈烧损。见图1。
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缺陷发生后大概3小时，直流系统出现“负控母对地绝缘低”报警，且正、负控母对地绝缘由999.9kΩ降为0。鉴于直流线圈烧损缺陷有可能导致220V动力直流系统崩溃，决定短时停直流事故油泵，更换接触器。约60分钟，备品更换完成，直流事故油泵恢复运行。直流系统报警消失。
1 动力控制回路
直流事故油泵回路中设置了一个大功率电阻R，并使用接触器控制其投切，即在直流电机的电枢回路中串入电阻，启动时，通过电阻降压来限制电机的启动电流，当电流或转速达到额定值的设定百分比时，再短接电阻，减少对直流系统及电机本身的冲击。见图2。
在直流电机D的电枢回路中接入电阻R，在启动中，电机自身的反电势逐渐增大后，接触器1C线圈端电压逐渐升高至线圈动作电压而吸合，其主触头闭合将启动电阻R短接。
2 直流线圈工作原理
作为限制启动电流的重要设备，回路中直流接触器作用极其重要。依据直流螺旋管电磁铁的简易计算公式：
F=K*(I*W) 2 （1）
上式中，F为导体在磁场中所受的电磁力，K为线圈横截面积、铁芯材质、气隙等结构相关的参数，F为导体在磁场中所受的电磁力，I为导体内的电流，W为励磁线圈的匝数。
根据基本电路原理，公式（1）可以变形为公式（2）：
F=K*(U/ρD) 2 （2）
上式中，U为线圈端电压，ρ为导体内的电阻率，D为单匝励磁线圈的长度。从公式（2）可以看出，直流电磁铁电磁力与线圈端电压平方成正比，线圈端电压越高，电磁力越大。反之，线圈端电压越低，电磁力越小。从图2中可以看出，启动时要求1C线圈上的电压尽可能低，也就是加在直流电机电枢绕组上的电压尽可能低，回路电压尽可能加在RD电阻上。这就要求与电枢绕组并联的1C线圈阻值越小越好。但是在端电压稳定后，依据公式（3），又要求1C线圈阻值越大越好，这样才能保证线圈温升在要求范围内。
Q=U2/R （3）
上式中，Q为线圈功耗，R为励磁线圈阻值。因此通常超过400A的直流回路中，直流接触器采用串联双绕组线圈，见图3。线圈L2为启动线圈，L1为保持线圈（阻尼线圈），接触器的一个常闭触点1C与L1保持线圈并联。在电路刚接通的瞬间，线圈L1被常闭触点1C短路，可使线圈2获得较大的电流和吸力。当接触器动作后，常闭触点1C断开，线圈1和线圈2串联通电，由于电压不变，因此电流较小，但仍可保持衔铁的被吸合，同时也以把电磁线圈的温升控制在一定范围内。
3 线圈烧毁原因
对线圈而言，烧损归结为线圈超温，而线圈超温则是线圈功耗增大的外在表现。通过公式（3）可看出，线圈端电压增加，或者线圈电阻变小都可能导致线圈功耗的增加。对直流回路而言，电机启动过程结束后，端电压几乎就稳定在额定，不会出现过电压问题。那导致线圈功耗增加的就只可能是线圈电阻减小，线圈电阻减小有2个方面的原因。其一、线圈匝间短路。线圈在通电、断电时，线圈的膨胀、收缩，导致匝间磨损；或者线圈绕制过程中匝间绝缘破坏，存在短路。其二、1C常闭触点发生粘连。接触器触点粘连是个常见现象，普遍存在于交、直流接触器中。因为触点每次分、合均会引起触点的烧蚀，烧蚀后导致接触面积的减小，从而引起接触电阻的增大。在电流作用下，触点部位温度较正常情况下温升增加很多，高温加剧了触点粘连。
从损坏的线圈触点部位（见图4），可以看出常闭触点位置出现了高温，已经造成了固定触点的塑料底座的变形。
正常情况下，线圈工作温度已经达到78℃。见图5。常闭触点在线圈带电后不能及时断开，造成线圈在大电流作用下，发热量大增，造成线圈匝间绝缘的破坏，线圈的回路电阻进一步降低，发热量进一步增加，最终导致整个线圈的过热损坏。
通过上述分析，常闭触点粘连是导致1C线圈过热烧损的根本原因。
4 预防措施
在停电情况下，可以通过测量线圈直流电阻判断是否存在匝间短路。通过观察常闭触点的颜色和光洁程度以及触点处塑料有无变形来判断。
在直流事故油泵启动时，通过红外成像来观察线圈和触点处的温度，通过历次数据对比，来发现隐患。
5 结论
直流事故油泵在发电厂中处于至关重要的作用，交流电失去后，作为最后的保设备措施，其重要性无需多言。但是随着电厂容量增加，对外联系的通道增加，全厂停电的可能性好像不大了，能够使用到直流油泵的极端情况似乎不存在了，因此降低了对直流油泵应有的重视，平时的工作只是定期启动，看看能否启动起来而已。本次线圈损坏缺陷，若是发生在真正全厂突然失电的情况下，后果将非常严重，因为本台油泵存在的缺陷存在拖垮整个220V直流系统的风险。因此必须通过定期维护来消除直流事故油泵线圈触点潜在隐患来确保最后一道防线的稳固。
论文作者:张秋实
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/9
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