高壓真空斷路器分閘線圈燒毀故障分析[共11頁]

1、高壓真空斷路器分閘線圈燒毀故障分析高壓斷路器分合閘線圈燒毀故障分析 電力系統(tǒng)運行中經(jīng)常發(fā)生分、合閘線圈燒毀事故。當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生事故時，如果因斷路器分閘回路斷線出現(xiàn)斷路器拒動現(xiàn)象，將使事故擴大，造成越級分閘致使大面積停電，甚至造成電力設(shè)備燒毀、火災(zāi)等嚴重后果。而合閘回路完整性破壞時，雖然所造成的危害比分閘回路完整性破壞時要小一些，但它也使得線路不能正常送電，妨礙了供電可靠性的提高。所以很有必要對斷路器線圈燒毀原因進行分析，積累了事故處理經(jīng)驗，提出防范措施和技術(shù)改進，為斷路器檢修工作提供工作參考。眾所周知，跳、合閘線圈設(shè)計時都是按短時通電而設(shè)計的。跳、合閘線圈的燒毀，主要是由于跳、合閘線圈回路的電

2、流不能正常切斷，至使跳、合閘線圈長時間通電造成的。一、分閘線圈長時間通電的原因 1.分閘電磁鐵機械故障線圈松動造成斷路器分閘時電磁鐵芯位移，使鐵芯卡澀，造成線圈燒毀?；蚴怯捎阼F芯的活動沖程過小，當(dāng)接通分閘回路電源時，鐵芯頂不動脫扣機構(gòu)而使線圈長時間通電燒毀。 2.斷路器拒分控制回路正常時，斷路器出現(xiàn)拒分的故障均為連桿機構(gòu)問題，死點調(diào)整不當(dāng)，使斷路器分閘鐵芯頂桿的力度不能使機構(gòu)及時脫扣，使線圈過載，造成分閘線圈燒毀。 3.輔助開關(guān)分合閘狀態(tài)位置調(diào)整不當(dāng)在斷路器分合閘狀態(tài)時，應(yīng)調(diào)整輔助開關(guān)使其指示到標(biāo)示的范圍內(nèi)，然而實際調(diào)整斷路器開距和超行程等參數(shù)時，會改變斷路器分合閘的初始狀態(tài)，而輔助開關(guān)分合位

3、置的初始狀態(tài)未做相應(yīng)的調(diào)整，將導(dǎo)致輔助開關(guān)不能正常切換分合閘回路而使分閘線圈燒毀。 4.分閘控制回路輔助開關(guān)接點使用不當(dāng)分閘控制回路上接有一對延時動合接點，該延時目的是為了保證斷路器在合閘過程中出現(xiàn)短路故障時能完成自由脫扣。然而，當(dāng)斷路器合閘時間極短，遠小于斷路器的分閘時間，斷路器未來得及脫扣時就已合閘到位，此時，分閘控制回路的延時接點的延時作用將失去意義。相反，該延時接點在分閘過程中，由于輔助開關(guān)動靜觸頭絕緣間隙較小，經(jīng)常出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，頻繁拉弧，久而久之使輔助開關(guān)的觸頭燒毀，繼而引起分閘線圈燒毀。 5. 分閘回路電阻偏大分閘線圈回路絕緣降低，或是線路過細造成電阻偏大，使得分閘回路電壓有衰減，

4、導(dǎo)致控制電壓達不到線圈分閘電壓動作值，分閘線圈長期帶電，線圈燒毀。防止分閘線圈燒毀的措施(1) 將分閘回路的延時動合接點改接為一對普通的常開接點，經(jīng)常檢查輔助開關(guān)的接點及輔助開關(guān)的拐臂螺絲，正確調(diào)整輔助開關(guān)的位置，使輔助開關(guān)與斷路器分合閘位置正確、有效地配合。(2) 固定好分閘線圈，經(jīng)常檢查分閘線圈的鐵芯有無卡澀。 (3) 每年的檢修工作中，正確調(diào)整好斷路器的連桿機構(gòu)，經(jīng)常檢查斷路器的自由脫扣是否正常，斷路器的低電壓動作試驗是否在額定電壓的30-65時可靠跳閘。二、合閘線圈長時間通電的原因 1.斷路器機構(gòu)故障當(dāng)斷路器合閘控制回路正常時，斷路器本體的內(nèi)導(dǎo)電桿、傳動連桿等卡澀，或是因為斷路器操作機

5、構(gòu)連板配合不好，死點調(diào)得偏高，導(dǎo)致斷路器拒合閘，使合閘鐵芯過載，引起線圈燒壞。 2輔助開關(guān)位置不當(dāng)正常合閘時，斷路器的合閘接觸器的線圈回路與輔助開關(guān)的常閉延時接點串聯(lián)，斷路器合閘后，輔助開關(guān)接點自動切斷合閘回路，輔助接點打不開或拉弧，合閘接觸器通過重合閘回路或綠燈回路自保持，合閘線圈長時間帶電而被燒毀。 3合閘接觸器故障斷路器合閘時，由于合閘電流比較大，控制回路不能直接控制合閘線圈，只能通過合閘接觸器間接接通合閘線圈。因此，當(dāng)合閘接觸器發(fā)生故障時，不能及時斷開，使合閘線圈通電時間過長，燒毀線圈。另外，合閘接觸器的線圈電阻變大，會使合閘接觸器正常通電時吸合力度不夠，主觸點產(chǎn)生拉弧，久而久之，合閘

6、接觸器的主觸點接觸電阻增大，間接地影響斷路器合閘線圈的勵磁電流，使合閘線圈的勵磁力度不足，鐵芯不能正確動作，使線圈過載，造成線圈燒毀。 4.合閘電源容量下降，或者合閘回路電阻偏大，使合閘瞬間合閘線圈兩端電壓低于80Ue。 合閘線圈燒毀的預(yù)防措施（1）加強合閘接觸器的檢查、維護。每次開關(guān)小修、周期大修都要對其進行檢查動、靜觸頭表面接觸面積、接觸壓力等；(2)正確調(diào)整輔助開關(guān)的位置。(3) 要求值班員在許可工作前，除必須取下控制回路熔斷器外，還應(yīng)將重合閘投切回路打開，避免檢修、試驗工作中造成燒合閘線圈的可能。以上分合閘線圈燒毀的原因和防范措施，都是在正常操作和設(shè)備檢修中過程中發(fā)現(xiàn)總結(jié)出來的，只要我

7、們對此類問題高度重視和加強管理，就可以減少此類事故發(fā)生的機率。真空斷路器構(gòu)成真空斷路器因其滅弧介質(zhì)和滅弧后觸頭間隙的絕緣介質(zhì)都是高真空而得名；其具有體積小、重量輕、適用于頻繁操作、滅弧不用檢修的優(yōu)點，在配電網(wǎng)中應(yīng)用較為普及。4 * ( Q: _. |: v- N* 5 u6 . x7 f4 G$ X% X* B6 / b真空斷路器主要包含三大部分：真空滅弧室、電磁或彈簧操動機構(gòu)、支架及其他部件。以下是對基本術(shù)語和各部分的具體介紹： 2 ! M|7 x+ Q ( S# 8 V# 1.真空斷路器技術(shù)標(biāo)準真空斷路器在我國近十年來得到了蓬勃的發(fā)展，至今方興未艾。產(chǎn)品從過去的ZN1ZN5幾個品種發(fā)展到現(xiàn)

8、在數(shù)十多個型號、品種，額定電流達到5000A，開斷電流達到50kA的較好水平，并已發(fā)展到電壓達35kV等級。?$ p- T* r0 x: b/ B0 q5 F + % 0 g2 m+ s% n* |80年代以前，真空斷路器處于發(fā)展的起步階段，技術(shù)上在不斷摸索，還不能制定技術(shù)標(biāo)準，直到1985年后才制定相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準。! 目前國內(nèi)主要依據(jù)標(biāo)準為：2 9 j: * h5 G2 I; Y# 1 H7 G( f, P8 + Y# CJP3855-963.640.5kV交流高壓真空斷路器通用技術(shù)條件7 X: x! C- A. _8 G& _8 B: s7 F6 G: V+ z+ ( c MDL403-9

9、11035kV戶內(nèi)高壓斷路器訂貨技術(shù)條件) h# BDt1 9 w( 這里需要說明：IEC標(biāo)準中并無與我國JB3855相對應(yīng)的專用標(biāo)準，只是套用IEC56交流高壓斷路器。因此，我國真空斷路器的標(biāo)準至少在下列幾個方面高于或嚴于IEC標(biāo)準： P7 U9 e- P7 q- ?0 (1) 絕緣水平： 試驗電壓 IEC 中國 ! V/ C. P V2 s0 y# x+ v# d2 v H8 N% i4 OY/ u_9 U1min工頻耐壓(kV) 28 42(極間、極對地)48(斷口間) : Z* V( 8 4 e8 o r3 9 sk% k1.2/50沖擊耐壓(kV) 75 75(極間、極對地)84(斷

10、口間) * X) Q! (2)電壽命試驗結(jié)束后真空滅弧室斷口的耐壓水平：IEC56中無規(guī)定。我國JB3855一96規(guī)定為：完成電壽命次數(shù)試驗后的真空斷路器，其斷口間絕緣能力應(yīng)不低于初始絕緣水平的80%，即工頻1min33.6kV和沖擊60kV。1 + / t9 f6 D1 _& - : c% F1 c2 e) n7 Q(3)觸頭合閘彈跳時間：IEC無規(guī)定，而我國規(guī)定要求不大于2ms。. R9 j0 f) ?! z3 0 b1 7 x( d5 q1 P, 3 t7 (4)溫升試驗的試驗電流：IEC標(biāo)準中，試驗電流就等于產(chǎn)品的額定電流。我國DL403-91中規(guī)定試驗電流為產(chǎn)品額定電流的110%。

11、2.真空斷路器的主要技術(shù)參數(shù) 真空斷路器的參數(shù)，大致可劃分為選用參數(shù)和運行參數(shù)兩個方面。前者供用戶設(shè)計選型時使用；后者則是斷路器本身的機械特性或運動特性，為運行、調(diào)整的技術(shù)指標(biāo)。1 h&3 Z0 z% gr; r下表是選用參數(shù)的列項說明，并以三種真空斷路器數(shù)據(jù)為例。5 . 7 h2 Y) T* |0 P! U表中所列各項參數(shù)，均須按JB3855和DL403標(biāo)準的要求，在產(chǎn)品的型式試驗中逐項加以驗證，最終數(shù)據(jù)以型式試驗報告為準。 2.真空斷路器的主要技術(shù)參數(shù): 參數(shù)名稱 單位 型號 & V) W( c: d: BZN28-12/1250-20 ZN27-12/1250-31.5 ZN27A-12

12、/3150-40 0 k, |+ A5 H; j, c6 C+ J5 J7 F j( l8 D電壓參數(shù)+ p n$ M$ D* x; O y( C. - _8 l Y% t& M+ r$ A額定電壓 kV 10 % m/ |3 P0 y6 A7 g& X. r, c1 T最高電壓 11.5 2 , B# q; & n5 N* 絕緣水平6 k5 e/ h3 o7 s6 U% . 工頻耐壓 極間、極對地 42 / a/ M1 x* R1 g/ Z- M - x0 B% w, g% I斷口間 48 a9 i L; t& x Z: r4 U, F沖擊耐壓 極間、極對地 75 F, F$ P9 j5 p

13、0 Q. o. k t0 U+ j+ h2 T3 u; n- t斷口間 84 + T- w$ d+ i3 S1 f. K電流參數(shù) 額定電流 A 1250 1250 3150 . p* y5 U: L, U/ q& M+ D6 i額定短路開斷 kA 20 31.5 40 , V8 U; B! j$ DH: c I4 S2 R2 Q1 / 1 , h4 額定峰值耐受電流 kA 50 80 100 3 |) b6 |_% W( 4S短時耐受電流 kA 20 31.5 40 * ; X- L5 % |. 0 m( D額定短時關(guān)合電流(峰值) kA 50 80 100 - C1 s3 H0 L8 W G

14、4 u! B6 x2 x: H/ i, I/ x額定單個電容器組開斷電流 A 630 800 , X5 E9 ; m% Z Z5 9 額定背對背電容器組開斷電流 A 400 400 h 8 w4 G: c x8 V6 q! z8壽命 額定短路開斷電流次數(shù) 次 50 50 30 % & P: P9 g5 j V9 6 P. ; X 0 s) h2 y: r Q$ l機械壽命 次 10000 6 4 K: p5 m8 y 其它 額定操作順序 分-0.5s-合分-180s-合分 分-180s-合分-180-合分 h! k- v% h! a$ g& r# R% ) F! i$ l2 ; s) t1 p

15、# w5 D( b; Z& R全開斷次數(shù) 不大于60 P4 L; O$ + A8 X6 b v6 H. A7 T9 _8 f/ S0 H+ r6 S配用操動機構(gòu) CD或CT機構(gòu) * O, g% V# U3.真空斷路器的機械特性（運行參數(shù)） 序號 機械特性參數(shù) 單位 ZN28-12/1250-20 ZN27-12/1250-31.5 ZN27A-12/3150-40 X: Q. y8 R! x9 I8 w. h A( J8 v: P2 p, h1 1 觸頭開距 mm 111.0 101.0 111.0 $ m& Y4 M6 L2 接觸行程 mm 41.0 30.5. V, . v1 g D/ Q

16、$ , I3 Q- y% z/ i1 g0 y4 s H) F3 觸頭接觸壓力 N 1500200 3000200 5000300 & x% i3 N5 U4 q9 B: I7 _4 G$ L9 d! H4 平均合閘速度 m/s 0.60.2( y2 u+ p& H/ ) N# B/ C4 w1 e+ q/ B$ w k3 o4 C. q5 平均分閘速度 m/s 1.10.2 1.10.3 1.10.3 ; n; H- e( p9 - P% q$ W4 _: C7 I0 r6 合閘彈跳時間 ms 28 f: |5 _ v( J/ u. Z$ F+ J5 9 ! , k- _: v/ W5 i)

17、 Q7 分、合不同期性 ms 2 5 e1 X/ u/ J. U5 Y( R+ |7 Y5 d6 C1 Q, 2 I! Q& W& U8 分閘時間 ms 100 * m8 H T M# D0 r: D/ O. F4 J( ( i$ + $ G- a; O7 M% V9 分閘時間 ms 60 3 R6 l0 P# W$ ) F( U0 z( f# a0 . j* p+ fW10 主回路直流電阻 60 60 20 . g1 n3 1 I( o4 r11 動靜觸頭累積允許磨損厚度 mm 3.0) X, D3 x2 a1 ( w*) i7 Lk7 H8 n* X: j 為滿足真空滅弧室對機械參量的要求

18、，保證真空斷路器電氣機械性能，確保運行可靠性，真空斷路器須具有穩(wěn)定、良好的機械特性。主要機械特性列于上表，亦以三種斷路器技術(shù)指標(biāo)為例。 4.各機械特性對產(chǎn)品性能的影響 產(chǎn)品機械特性的優(yōu)劣，對產(chǎn)品各項電氣性能有重要的關(guān)系，而且影響產(chǎn)品運行可靠性。衡量真空斷路器的性能，真空滅孤室本身的性能固然重要，然而機械特性同樣具有舉足輕重的作用。下面對各機械特性參數(shù)與產(chǎn)品性能的關(guān)系分述如下：& f5 t( & S- ?; I4.1開距# % A/ I! v2觸頭的開距主要取決于真空斷路器的額定電壓和耐壓要求，一般額定電壓低時觸頭開距選得小些。但開距太小會影響分斷能力和耐壓水平。開距太大，雖然可以提高耐壓水平，

19、但會使真空滅弧室的波紋管壽命下降。設(shè)計時一般在滿足運行的耐壓要求下盡量把開距選得小一些。10kV真空斷路器的開距通常在812mm之間，35kV的則在3040mm之間。1 Z5 % K1 a( _& V# Q- A$ O8 b, D. U9 z6 O. p; D4.2觸頭接觸壓力5 d( V- |0 x0 e; I4 s BK5 p8 C# _* U* U$ , I在無外力作用時，動觸頭在大氣壓作用下，對內(nèi)腔產(chǎn)生一個閉合力使其與靜觸頭閉合，稱之為自閉力，其大小取決于波紋管的端口直徑。滅弧室在工作狀態(tài)時，這個力太小不能保證動靜觸頭間良好的電接觸，必須施加一個外加壓力。這個外加壓力和自閉力之和稱為觸

20、頭的接觸壓力。這個接觸壓力有如下幾個作用：4 L* E- A 1 % T! f+ (1)保證動、靜觸頭的良好接觸，并使其接觸電阻少于規(guī)定值。8 U% (2)滿足額定短路狀態(tài)時的動穩(wěn)定要求。應(yīng)使觸頭壓力大于額定短路狀態(tài)時的觸頭間的斥力，以保證在該狀態(tài)下的完全閉合和不受損壞。3 J7 x r b8 R/ u9 t1 9 |- P9 (3)抑制合閘彈跳。使觸頭在閉會碰撞時得以緩沖，把碰撞的動能轉(zhuǎn)為彈興的勢能，抑制觸頭的彈跳。- ; u) A$ n l4 q7 # A w3 o$ 4 b w+ O8 a(4)為分閘提供一個加速力。當(dāng)接觸壓力大時，動觸頭得到較大的分閘力，容易拉斷會鬧熔焊點，提高分閘初始

21、的加速度，減少燃弧時間，提高分斷能力。觸頭接觸壓力是一個很重要的參數(shù)，在產(chǎn)品的初始設(shè)計中要經(jīng)過多次驗證、試驗才選取得比較合適。如觸頭壓力選得太小，滿足不了上述各方面的要求；但觸頭壓力太大，一方面需要增大合閘操作功，另外滅弧室和整機的機械強度要求也需要提高，技術(shù)上不經(jīng)濟。4.3接觸行程(或稱壓縮行程)6 & ?5 0 u+ S( q- k9 h, o: - Z! 目前真空斷路器毫無例外地采用對接式接觸方式。動觸頭碰上靜觸頭之后就不能再前進了，觸頭接觸壓力是由每極觸頭壓縮彈簧(有時稱作合閘彈簧)提供的。所謂接觸行程，就是開關(guān)觸頭碰觸開始，觸頭壓簧施力端繼續(xù)運動至?xí)[終結(jié)的距離，亦即觸頭彈簧的壓縮距

22、離，故又稱壓縮行程。. f6 A3 X: l( w2 x0 a接觸行程有兩方面作用，一是令觸頭彈簧受壓而向?qū)佑|頭提供接觸壓力；二是保證在運行磨依后仍然保持一定接觸壓力，使之可靠接觸。一般接觸行程可取開距的20%30%左右，10kV的真空斷路器約為34mm。6 I1 - Y2 |* g( J. 真空斷路器的實際結(jié)構(gòu)中，觸頭合閘彈簧設(shè)計成即使處于分閘位置，也有相當(dāng)?shù)念A(yù)壓縮量，有預(yù)壓力。這是為使合閘過程中，當(dāng)動觸頭尚未碰到靜觸頭而發(fā)生預(yù)擊穿時，動觸頭有相當(dāng)力量抵抗電動力，而不致于向后退縮；當(dāng)觸頭碰接瞬間，接觸壓力陡然躍增至預(yù)壓力數(shù)值，防止合閘彈跳，足以抵抗電動斥力，并使接觸初始就有良好狀態(tài)；隨著接

23、觸行程的前進，觸頭間的接觸壓力逐步增大，接觸行程終結(jié)時，接觸壓力達到設(shè)計值。接觸行程不包括合閘彈簧的預(yù)壓縮量程，它實際上是合閘彈簧的第二次受壓行程。8 y- $ z! z1 S& k3 ; k5 k6 W4.4平均合閘速度8 ? T9 & O* f5 X; / 平均合閘速度主要影響觸頭的電磨蝕。如合閘速度太低，則預(yù)擊穿時間長，電弧存在的時間長，觸頭表面電磨損大，甚至使觸頭熔焊而粘住，降低滅弧室的電壽命。但速度太高，容易產(chǎn)生合閘彈跳，操動機構(gòu)輸出功也要增大，對滅弧室和整機機械沖擊大，影響產(chǎn)品的使用可靠性與機械壽命。平均合閘速度通常取0.6m/s左右為宜。8 / 4.5平均分閘速度- e- W5

24、j9 ; k( z F3 v斷路器的分閘速度一般而言速度越快越好，這樣可以使首開相在電流趨近于0前23ms時能開斷故障電流；否則首開相不能開斷而延續(xù)至下一相，原來首開相變?yōu)楹箝_相，燃弧時間加長了，增加了開斷的難度，甚至使開斷失敗。但分閘速度太快，分閘的反彈也大，反彈太大震動過劇亦容易產(chǎn)生重燃，所以分間速度亦應(yīng)考慮這方面同素。分閘速度的快慢，主要取決于合閘時動觸頭彈簧和分閘彈簧的貯能大小。為了提高分閘速度，可以增加分閘彈簧的貯能量，也可以增加合閘彈簧的壓縮量，這都必然需要提高操動機構(gòu)的輸出功和整機的機械強度，降低了技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。經(jīng)過多年試驗認為，10kV的真空斷路器，平均分閘速度能保證在0.95

25、1.2m/s比較合適。w! b0 G7 a% n2 t; 4.6合閘彈跳時間 M! B. L g9 W7 j+ 合閘彈跳時間是斷路器在會鬧時，觸頭剛接觸開始計起，隨后產(chǎn)生分離，可能又觸又離，到其穩(wěn)定接觸之間的時間。6 H- J4 j& ?9 l9 d, z8 Q, M( O2 W- 這一參數(shù)國外的標(biāo)準中都沒有明確規(guī)定，1989年底能源部電力司提出真空斷路器合閘彈跳時間必須小于2ms。為什么合閘彈跳時間要小于2ms呢？主要是合閘彈跳的瞬間會引起電力系統(tǒng)或設(shè)備產(chǎn)生L.C高頻振蕩，振蕩產(chǎn)生的過電壓對電氣設(shè)備的絕緣可能造成傷害甚至損壞。當(dāng)合閘彈跳時；同小于2ms時，不會產(chǎn)生較大的過電壓，設(shè)備絕緣不會受損，在關(guān)合時動靜觸頭之間也不會產(chǎn)生熔焊。* g#