高壓開關柜分閘線圈燒毀原因及解決措施

白斯宇，胡成志，彭思潔，吳甜甜

（中國核動力研究設計院，四川成都 610041）

0 引言

某廠區35 kV 變電站6 kV 開關柜室共有31 臺開關柜，均配置真空斷路器。在多年運行中，多次出現開關柜分閘線圈燒毀情況，引起斷路器分閘失敗。分閘線圈是斷路器重要組成部分，其故障會直接導致斷路器分閘失敗，當電氣設備發生故障時，若斷路器因分閘線圈問題而拒動，極有可能導致設備燒毀，甚至引發火災，或是引起越級跳閘引發大面積停電，以致重要負荷斷電，造成人員傷亡。根據廠區變電站6 kV 開關柜檢修經驗，分析總結分閘線圈燒毀原因及解決措施[1-2]。

1 分閘回路工作原理

分閘回路如圖1 所示，其中，+SM、+KM、-KM 是直流電源；1RD 和2RD 是熔斷器；TBJ 是防跳繼電器；KK 是旋轉開關；DL1和DL2 是輔助觸點；TQ 是分閘線圈。在斷路器合閘情況下，DL2為閉合狀態。當就地按下分閘按鈕、遠程轉動KK 把手連通6、7位置或保護回路發出分閘指令時，分閘回路被接通，防跳繼電器的電流線圈TBJ（I）受電，觸點TBJ3 閉合，分閘回路進入自保持狀態。TQ 通電，其內部空間會產生磁場，鐵芯在磁場內受到電磁力作用而發生位移，帶動斷路器內機構動作，實現斷路器的分閘。斷路器分閘后，DL2 回到斷開狀態，從而分閘回路斷電，分閘過程如圖2 所示。

圖1 分閘回路接線

圖2 分閘流程

2 分閘線圈燒毀原因分析

上述分閘過程中，分閘回路從接通到斷開的時間不到1 s，而且在對鐵芯的作用過程中，其大部分電能轉換為鐵芯動能，只有少量電能以熱量形式在線圈中消耗。因此，分閘線圈是按短時通電設計。線圈中電熱轉換公式Q=I2Rt，其中，Q 是線圈中產生的熱量，I 是線圈中的電流值，R 是線圈電阻值，t 是線圈通電時間。R 與I 近似為常量，則Q 與t 成正比。若分閘回路因某種原因未能及時切斷，則Q 會持續增加，直到分閘線圈被燒毀，這一過程一般不到10 s。在分閘回路工作原理中可以看到，決定分閘回路通斷的開關是TBJ 和DL，TBJ 為自保持開關，一旦通電之后不會主動斷開，切斷回路只能依靠DL 的動作來完成，其能否正確動作是問題的關鍵。DL 的動作由一連串事件的結果決定，如圖2 所示，從TBJ（I）線圈通電，使分閘回路自保持開始之后的每一個環節出現問題都有可能導致線圈被燒毀。2012—2016 年故障原因次數統計見表1。結合實際檢修有以下幾種原因。

（1）直流母線電壓降低。當直流母線電壓降低，分閘線圈電流則偏小，從而分閘線圈對鐵芯的電磁力不足以頂開脫扣機構，分閘失敗，線圈燒毀。這種情況下測量直流母線電壓，一般低于75%額定電壓。

（2）分閘回路電阻偏大。分閘線圈回路絕緣降低，或是控制回路線徑過小造成電阻偏大，使得分閘控制回路電壓降較大，同樣導致分閘線圈兩端電壓達不到使鐵芯有效動作的值，使得分閘線圈長時間帶電燒毀。

（3）分閘線圈鐵芯位置不當。線圈松動，造成斷路器分閘時電磁鐵位移，使鐵芯卡澀，或因鐵芯活動行程短，當接通分閘回路電源時，鐵芯頂不開脫扣機構，使得線圈長時間通電而燒毀。

（4）高壓斷路器拒分?？刂苹芈氛r，高壓斷路器出現拒分的故障均為連桿機構問題，如頂點調整不當，使斷路器分閘鐵芯頂桿的力度不能使機構及時脫扣，或因防護閉鎖機構未動作，致使線圈過載，造成分閘線圈燒毀。

（5）輔助開關分閘狀態的行程調整不當。斷路器處于分閘狀態時，應調整輔助開關使其在分閘狀態的行程范圍內。然而，在調整斷路器開距和超行程等參數時，斷路器分閘的初始狀態未做相應調整，導致輔助開關不能正常切換分閘回路，使分閘線圈燒毀。

表1 分閘線圈燒毀原因次數統計

3 解決措施

（1）針對直流電壓偏低的情況，運行人員在值班巡視過程中注意觀察直流母線電壓。若低于90%額定電壓，應及時報告上級，檢修班組及時到現場檢查直流電源系統。

（2）對于分閘回路電阻偏大，在開關柜預防性維修中測量分閘線圈的直流電阻及絕緣電阻。若直流電阻值高于出廠值的10%，應立即更換，若絕緣電阻值偏低，同樣予以更換。

（3）預防性維修時固定好分閘線圈，注意檢查分閘線圈的鐵芯位置是否適當、有無卡澀，調整鐵芯行程，使其保持在合適位置。

（4）在每年檢修工作中，應正確調整好斷路器的連桿機構，經常檢查斷路器的自由脫扣是否正常。低電壓動作試驗時，是否能在30%～65%的額定電壓可靠跳閘。

（5）將分閘回路的延時動合觸點改接為一對動合觸點，經常檢查輔助開關的觸點及輔助開關的拐臂螺絲。正確調整輔助開關位置，使輔助開關與斷路器分合閘位置正確、有效配合。

4 結束語

經過多年運行、檢修的經驗累積，變電站運維人員總結出一套有效的避免分閘線圈燒毀的預防措施。2017 年下半年至今，變電站內未發生過分閘線圈燒毀事故，極大提高了系統供電可靠性，保障了科研生產的正常進行。