ZNl2—10断路器故障分析及运行维护

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1 概况
　　　我国从20世纪80年代以来，已经研制生产了一批性能较为稳定的l0kV真空断路器，并投入实际运行。目前，在10kV及以下电压等级配网中大力推进设备无油化的进程中，真空断路器已逐渐取代油断路器，成为配网的主要设备。真空断路器是由绝缘强度很高的真空作为灭弧介质的断路器，其触头是在密封的真空腔内分、合电路，触头切断电流时，仅有金属蒸汽离子形成的电弧，因为金属蒸汽离子的扩散及再复合过程非常迅速，从而能快速灭弧，恢复真空度，经受多次分、合闸而不降低开断能力。
7 H8 P. ?% Q1 |　　　由于真空断路器本身具有结构简单、体积小、重量轻、寿命长、维护量小和适于频繁操作等特点，所以真空断路器可作为输配电系统配电断路器、厂用电断路器、电炉变压器和高压电动机频繁操作断路器，还可用来切合电容器组。
& u7 m5 f% ]0 W- U1 ^8 p　　　ZNl2-10型系列真空断路器为额定电压10 kV、三相交流50 Hz的户内高压开关设备，是北京开关厂引进德国西门子公司技术制造的产品。 来源:输配电设备网
+ s2 S/ K' b& p1 R$ c. M: l　　　该断路器整体为显v型“悬挂式”结构(即将3只真空灭弧室通过铸铝合金的上、下出线端用6只倾斜安装的绝缘子悬挂在手车框架的前方)，采用材料为铬铜合金的杯状触头。因其具有结构简单、开断能力强、截流水平高(3～4A)、操作功能齐全等特点而得到越来越广泛的应用。
　　2 ZN12-10断路器常见故障分析及处理
( v; Z. M  W' U/ o2 c8 A  o　　2.1 不储能
& R  P! T( p  R5 ^4 }2 y" a* P　　2.1.1 电机不转动；发现此类故障后，将断路器—、二次回路电源全部切断，用万用表测量储能电气回路(见图1)中微动开关的常闭触点WKl、WK2，如直阻较大，将会造成储能电机的两端电压过低直至无电压，使电机无法转动，故应对其进行清洗或更换；然后测量电机绕组的直阻，若直阻不正常，则应考虑电机绕组的引线处是否脱焊，电机绕组是否烧坏。紧急情况下，可先更换储能电机备品，然后对换下的电机进行维修。若是直流电机，还应检查碳刷与换向器的接触情况，若接触不良，应更换碳刷，或调整碳刷压紧弹簧，增大碳刷的压紧力。
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　　图1 万用表测量储能电气回路示意图
& D6 O9 \# ~6 ~9 {, l0 w) D% ]　　2.1.2 电机转动不停而弹簧储不上能；此故障发生在储能机构，储能电机转动时，通过蜗轮、蜗杆带动轴套转动，轴套上装一轴销，轴销上面装有一只棘爪，棘爪通过储能轴右端的缺口来带动储能轴转动，从而使储能弹簧储能。
, S; Y/ Z2 Z9 N& b( f  K　　　出现此类故障后，应首先检查棘爪的压紧弹簧是否疲劳、折断或脱落，若损坏,可用专用工具对其进行更换；若压紧弹簧正常，可用手动摇把摇动储能机构，看轴套是否转动，若轴套不转动，则为减速箱内的蜗轮、蜗杆等部件故障，应更换减速箱；若轴套转动，则摇动25圈，看棘爪是否进入了凸轮缺口，棘爪与缺口的接触是否良好，然后继续摇动，看棘爪与缺口之间是否打滑，如接触不良而出现打滑现象，应更换棘爪。
　　2.2 合闸失败
2 V6 B: I3 I6 b4 g9 H. N7 a* v　　2.2.1 检查合闸控制回路(见图2)中微动开关WK3的常开触点、防跳跃继电器ZLC的常闭触点、辅助开关HK的常闭触点、联锁限制开关WK8常开触点接触是否良好。如有接触不良现象，将造成合闸电磁铁HQ的线圈无电压或电压过低，使断路器拒合，故应对其进行清洗或更换。
　　
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　　图2 合闸控制回路示意图
, d. Z+ s* X& X* O/ [　　2.2.2 检查合闸电磁铁，若合闸电磁铁烧坏、脱落或卡涩，将直接造成断路器合闸机构不动作。处理方法如下：
, ?; m( Q" o7 R  z8 N2 g- [: D　　①用万用表测合闸电磁铁线圈的直阻，如直阻偏离正常值过大，则应更换合闸电磁铁；
5 L7 N4 Q: J3 R, y9 F; P　　②检查合闸电磁铁有无松动或脱落现象，如松动、脱落则进行紧固；
* U# ?9 v: U9 @+ z; l7 V　　③检查合闸电磁铁的动铁芯有无卡涩现象，如有则将合闸电磁铁拆下，抽出动铁芯，用酒精擦洗电磁铁内部和动铁芯上的污迹，然后看看动铁芯端部有无弯曲现象，如弯曲则对其进行校正或更换新的合闸电磁铁。
　　2.2.3 检查合闸滚子及合闸掣子的表面有无裂痕及凹凸现象、合闸滚子转动时有无卡涩和偏心现象。如存在上述缺陷将会使得合闸滚子和合闸掣子脱离时的摩擦力增大。另外、合闸滚子或合闸掣子因缺油或灰尘等原因，也可引起转动困难，这些都可能造成合闸电磁铁带电而断路器拒合。处理方法：对转动时卡涩的部位进行清洗，加油；对转动时偏心或表面有裂痕及凹凸现象的部件进行更换。
5 w5 [, K7 B, n. U$ J; L& W- C5 g3 @　　2.2.4 检查分闸掣子与分闸滚子的扣入深度是否在1/2～3/5的全碰面范围内，若分闸掣子或分闸滚子表面磨损量过大，或分闸掣子位置调整不当，将使分闸滚子和分闸掣子间的扣入深度减少。当对断路器进行合闸操作时，分闸滚子在主轴带动下使分闸掣子抬起，而分闸掣子下落时产生的弹跳极有可能使分闸滚子在下落时失去支撑，造成断路器合闸失败：分闸掣子的位置是通过位于其上部的调节螺丝来调整的，旋进则扣入深度减少，旋出则扣入深度增加；如用调节螺丝无法将扣入深度调节到上述范围内，则为分闸掣子或分闸滚子磨损量超标，应更换相应部件。
　　2.2.5 检查分闸掣子组件的回转轴是否卡涩。当对断路器进行合闸操作时，分闸滚子使分闸掣子抬起，待触头闭合，分闸滚子回落到位时，分闸掣子由于同转轴卡涩没有同转到位，使分闸滚子失去支撑，断路器跳闸。处理方法：对回转轴进行清洗、加油。
　　2.2.6 检查机构箱内三角形杠杆上的滚针轴承(合闸滚轮)是否损坏。如损坏将造成合闸掣子释放合闸滚子，此时，凸轮因压不到合闸滚轮而空转，连杆不动作，断路器拒合。合闸滚轮的更换方法如下：首先拆去连杆与主轴拐臂间的轴销，使连杆处于自由状态，然后向前下方拉动连杆至易于更换轴承的位置，拆去旧轴承，在新轴承内部加适量润滑油后，重新装回，最后装上连杆。
　　 经以上处理后，必须对该断路器进行低电压试验，合格后方能投入运行。
8 b4 W% Z% M3 m! e$ W　　2.3 拒分
; m5 }: L3 n0 l$ J　　2.3.1 检查分闸控制回路(见图3)中辅助开关HK的常开触点接触是否良好，如接触不良，将会使分闸线圈TQ上无电压或电压过低，造成断路器拒分。处理方法：对其进行清洗或更换。
　　2.3.2 检查分闸电磁铁，若分闸电磁铁卡涩、脱落、烧坏，将直接造成断路器分闸机构不动作。处理方法如下：
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　　图3 分闸控制回路示意图
, f' j. }, U/ Z( O　　①用万用表测分闸电磁铁线圈的直阻，如烧坏则更换分闸电磁铁；
　　②检查分闸电磁铁有无松动和脱落现象，并对其固定螺丝进行紧固；
, M- |( K7 R9 \6 t4 O　　③检查分闸电磁铁的动铁芯有无卡涩现象，如有则拆下分闸电磁铁，抽出动铁芯，用酒精擦洗电磁铁内部及动铁芯上的污迹，动铁芯端部如弯曲，则对其进行校正或更换新的分闸电磁铁。
  z5 U; [  e: N7 ?, ^　　2.3.3 检查分闸滚子及分闸掣子组件，看分闸滚子及分闸掣子转动轴是否因缺油或灰尘等原因而转动困难，分闸滚子和分闸掣子的表面是否有凹凸现象，如有其一将可能造成分闸电磁铁带电保持而分闸机构拒动。处理方法：对表面有凹凸现象及裂痕的部件进行更换；对分闸滚子及分闸掣子转动轴进行清洗、加油。
　　 经以上处理后，必须对该断路器进行低电压试验，合格后方能投入运行。
( z2 N# }) n) n6 F  ~　　2.4 分闸、合闸后均储能
6 [" Y; \4 T4 g5 G! J8 V　　　从操作机构的工作原理分析，该型断路器在合闸后即储能：合闸时，合闸弹簧能量被释放，微动开关复位，储能电机电源接通，合闸弹簧储能。分闸时，释放的是分闸弹簧的能量，合闸弹簧能量应维持，微动开关的常闭触点应处于断开状态，储能电机不应动作。
' V2 y- x2 U8 g' j# t. l　　　出现分、合闸后皆储能的故障后，应检查合闸掣子与合闸滚子中有无磨损量超标的情况，合闸掣子有没有变形。这些都可能导致合闸掣子与合闸滚子间的扣入深度过小。分闸时产生的振动，使合闸掣子释放合闸滚子，而此时断路器没有分闸到位，机构处于合闸与分闸状态之间，凸轮转动时不能压到三角形杠杆的滚针轴承(合闸滚轮)上，致使合闸弹簧释放能量，连杆机构不动作。检查过后，应对存在缺陷的部件进行更换，并在做低电压试验合格后，方可投入运行。
　　2.5 导电回路直阻超标
　　　断路器导电回路直阻超出出厂标准或检修标准时，应首先检查真空泡上部的接触面，因其与上出线端之间仅有一颗固定螺栓，操作时产生的振动极易造成螺栓松动。如对真空泡上部的固定螺栓紧固后，直阻仍然超标，应检查导电夹的固定螺丝，并对其进行紧固。再超标的话，应怀疑触头拐臂与上、下出线端的接触面氧化，这时可将触头拐臂拆下，用金相砂纸将氧化层去除后，重新紧固即可。
　　3 运行维护
, y9 P9 h) }3 W- ^( H. S　　3.1 真空灭弧室的真空度
3 [) A& B* l1 E( W　　　真空灭弧室是真空断路器的关键部件，它是采用玻璃或陶瓷作支撑及密封，内部有动、静触头和屏蔽罩，室内真空为10-4～10-6Pa的负压，保证其开断时的灭弧性能和绝缘水平。随着真空灭弧室使用时间的增长和开断次数的增多，以及受外界因素的作用，其真空度逐步下降，下降到一定程度将会影响它的开断能力和耐压水平。因此，真空断路器在使用过程中必须定期检查灭弧室的真空。主要应做到如下两点：
　　　定期进行工频耐压试验(42kV)。根据”电力设备预防性试验规程”的规定，结合实际情况，在空断路器在投运后0.5年、1年、1.5年、2年都必须进行一次工频耐压试验，2年后根据运行情况再决定一年一次还是—年两次。目前，由于测试真空的仪器尚未完善，工频耐压还是检测真空度较为有效的方法。
1 o9 n. L' H: \- c$ i) v　　　运行人员应对真空断路器定期巡视。特别对玻璃外壳真空灭弧室，可以对其内部部件表面颜色和开断电流时弧光的颜色进行目测判断。当内部部件表面颜色变暗或开断电流时弧光为暗红色时，可以初步判断真空已严重下降，这时应进行停电检测。
　　3.2 防止过电压
　　　真空断路器具有良好的开断性能，有时在切除电感电路并在电流过零前使电弧熄灭而产生截流过电压，这点必须引起注意。对于油浸变压器不仅耐受冲击电压值较高，而且杂散电容大，不需要专门加装保护；而对于耐受冲击电压值不高的干式变压器或频繁操作的滞后的电炉变压器，就应采取安装金属氧化物避雷器或装设电容等措施来防止过电压。
　　3.3 严格控制触头行程和超程
　　　国产各种型号的l0kV真空灭弧室的触头行程为12mm左右，超程为3mm。应严格控制触头的行程和超程，按照产品安装说明书要求进行凋整，在大修后一定要进行测试，并且与出厂记录进行比较。不能误以为开距大对灭弧有利，因为过多地增加触头的行程，会使得断路器合闸后在波纹管产生过大的应力，引起波纹管损坏，破坏断路器密封，使真空度降低。
　　3.4 严格控制分、合闸速度
/ b5 G" I7 n) ?　　　真空断路器的合闸速度过低时，会由于预击穿时间加长，而增大触头的磨损量。又由于真空断路器机械强度不高，耐振性差，如果断路器合闸速度过高会造成较大的振动，还会对波纹管产生较大冲击力，降低波纹管寿命。对一定结构的真空断路器有着最佳合闸速度，可以按照产品说明书要求进行调节。
! ~* H" I7 \+ R. @　　3.5 触头磨损值的监控
2 n. `( R3 f0 a' H/ d$ J. K  Z" m+ ~* l　　　真空灭弧室的触头接触面在经过多次开断电流后会逐渐磨损，触头行程增大，也就相当波纹管的工作行程增大，因而波纹管的寿命会迅速下降，通常允许触头磨损最大值为3mm左右。当累计磨损值达到或超过此值，真空灭弧室的开断性能和导电性能都会下降，真空灭弧室的使用寿命即已到期。
　　　为了能够准确地控制每个真空灭弧室触头的磨损值，必须从灭弧室开始安装使用时起，每次预防性试验或维护时，就准确地测量开距和超程并进行比较，当触头磨损后累计减小值就是触头累计磨损值。当然，当触头磨损使动、静触头接触不良时，通过回路电阻的测试也可发现问题。
3 K8 X1 c( G  b0 b　　3.6 做好极限开断电流值的统计
　　　在日常运行中，应对真空断路器的正常开断操作和短路开断情况进行记录。当发现极限开断电流值ΣI达到厂家给出的极限值时,应更换真空灭弧室。
　　 ΣI=n1.Ir+n2Ik
　　 式中 n1-正常开断次数;
7 e+ T( y5 d' o5 Z6 j　　 Ir-厂家提供的断路器额定工作电流;
! ?8 ?  R- f$ u, U　　 n2-短路开断次数;
　　 Ik-10kV母线最大开断电流。
　　作者简介：
7 _9 X. ~2 T) P　　周志敏(1957年—)，男，山东蓬莱市人，高级工程师，1985年毕业于哈尔滨建筑大学(现哈尔滨工业大学)自动化专业，主要从事电力和自动化系统抗干扰技术及管理工作。

scljd

的确写的不错，学习了！

bosszzp

不错啊，我们现在也有这种设备，学习了。

bdsclhx

又长了点见识，谢谢楼主！

沉鱼落雁

不错，学习新知识了。

lw4131

太棒了。坚决支持你。学习学习。。。

听风

学习了 如果有图就更好了