10 kV真空断路器合闸故障分析

孙洪斌, 陈 青, 范伟月, 项 鸿

(安徽电气工程职业技术学院, 安徽 合肥 230022)

0 引言

高压断路器是用来接通和开断高压电路，它既能分合正常负荷电流，又能切断巨大的短路故障电流，迅速可靠地熄灭电弧，所以它是企业变电站中最重要的运行操作电气设备。高压断路器的控制操作回路承担着高压断路器的基本手动、继电保护和自动装置自动分合闸任务，能够显示断路器合闸、分闸位置状态的红、绿灯信号，并且能够利用断路器控制操作手柄与断路器实际位置不对应的原理区分手动与自动操作的不同，并且跳闸、合闸线圈按照短时通电要求设计，以防止长时间大电流发热烧坏线圈，因此在合闸、分闸操作任务完成后，断路器的控制回路应该自动切断合、分闸回路，无论断路器是否带有机械闭锁装置，都应该具备防止高压断路器多次跳、合闸的电气防跳功能[1]。企业变电站的高压断路器一旦无法正常分合闸，将造成用户失电损失，因此加强高压断路器控制回路的运行维护及其重要。

1 故障经过

2021年12月3日上午7时15分，安徽电气工程职业技术学院10 kV变配电所值班人员报告葛电线(葛大店-安徽电气工程职业技术学院)01#总进线柜01#高压真空断路器在操作过程手动合闸失败，运行维护工程师及配电技术社团成员立即携带真空高压断路器控制回路的原理图、展开图、二次接线图(盘面布置图、屏后接线图、端子排图)到达现场排查故障保电，以确保当天的第七届安徽电气工程职业技术学院技能运动会开幕式及比赛顺利进行。安徽电气工程职业技术学院10 kV变配电所主接线为单母线分段2进2出双电源接线，其中01#总进线由国网合肥供电公司10 kV葛大店开闭所来，现场检查中央信号屏警铃告警，故障显示为01#高压断路器控制回路故障光字牌点亮。

2 合闸故障查找处理过程

高压真空断路器开关柜柜型为全金属封闭铠装手车式，型号：KYN28-12Z/T630 20，真空断路器本体为VS1型，操作机构为弹簧驱动，利用弹簧被拉伸或压缩而储存的机械势能进行高压断路器的合闸、分闸操作，弹簧储能直流电动机为直流电压220 V，功率1.5 kW，特点是合、分闸速度快，合闸电流小，所以可以直接利用控制开关接通合闸回路电流，高压断路器操作电源为直流电压220 V,综保装置为南瑞微机保护RCS-9611CS。

2.1 开关柜合闸回路及储能回路的检查

断路器控制回路的原理图(局部)如图1所示。操作电源空气开关上口测得直流电压+224 V，断开空气开关，测得下口(回路编号101与102之间)直流电压0 V；合上空气开关，测得下口直流电压+224 V，用万用表直流电压档红表笔接回路编号101，黑表笔接回路编号102，测得电压也是直流电压+224 V，101回路对地直流电压+112 V，102回路对地直流电压-112 V。说明断路器直流控制回路直流操作电源正常，没有串入其他电源。

把真空断路器摇到试验位置，打开断路器柜门，卸下断路器本体面板，发现电气闭锁电磁铁在吸合位置，推断电磁闭锁合闸回路的试验位置行程接点S8(操作接点位置见图1，下同)及断路器的常闭接点导通完好，断开合闸闭锁空气开关，检查中央信号屏01#高压断路器控制回路故障光字牌仍然点亮，说明合闸闭锁回路完好。

高压开关柜断电后，拔下航空插头对断路器储能回路进行检查，对储能回路各个节点之间进行检查，储能闭锁接点S3导通，判断储能电机回路及闭锁合闸回路工作正常。

防跳回路中跳闸线圈动断触点断开会隔绝合闸脉冲，也将影响合闸操作。所以用万用表测量内部防跳继电器K0的常闭接点K0导通，说明继电器内部并无故障。判断防跳合闸通道工作正常。

合上操作电源，短接回路编号101与103，既直接短接正电源和合闸回路，发现整流模块V2直流输出电压220 V，判断控制电路板合闸整流模块工作正常。

图1 断路器控制回路的原理图(局部)

2.2 合闸回路故障操作试验与排查

断路器位置指示及综保的绿灯都亮，说明当前断路器在分闸位置，综保的合闸回路完好，首先操作手柄切换到就地位置，电机储能切换开关转到自动位置，操作LW2万能转换开关由分闸后位置顺时针旋转90度到预备合闸，绿灯闪烁，然后再顺时针旋转45度实行手动合闸，仍然是绿灯亮，说明手动合闸失败；储能指示灯显示已经储能，操作断路器本体合闸绿色按钮，弹簧释放能量，位置指示红灯亮，说明合闸成功，断路器在合闸后位置，并且跳闸回路完好，同时储能灯再次亮起，为下一次跳闸做好电气和机械准备。操作万能转换开关手动跳闸成功。结论：LW2万能转换开关可以进行分闸但不可以合闸，断路器本体试验按钮分合闸均可操作。

综保绿灯亮，说明综保合闸回路完好，用短接线对回路编号101与103短接，断路器合闸仍然失败。拉出故障小车，用备用真空断路器手车替换，操作控制手柄手动合闸，红灯亮，合闸成功，并且能够及时储能。据此推断综保、智能操作装置(上海爱可信ACX6100-B4)是正常完好的。

2.3 01#断路器合闸故障原因初步推断

综合以上操作试验测试，判断出01#断路器直流操作电源，01#断路器储能电机，01#断路器内部防跳继电器回路，01#断路器合闸回路整流模块，01#断路器直流控制合闸回路，01#断路器分闸回路均无短路断路故障，可正常工作。同时又因为使用VS1真空断路器本体试验合闸按钮，可以顺利进行合闸试验，说明VS1真空断路器本体操动机构无卡涩等故障，可正常工作，那么整个回路只剩下真空断路器本体内部的合闸回路没有进行试验。据此可以推断说明合闸故障出在真空断路器本体的合闸相关电气回路。

2.4 01#断路器本体的合闸电气回路故障排查

首先在检修位置卸下手车真空断路器本体操作机构面板，结合断路器控制回路展开图，使用万用表检查合闸回路103至负电源102回路，依次使用万用表对整流输入输出模块，断路器常闭辅助接点，内部防跳继电器K0，闭锁电磁铁Y1，储能闭锁接点S3测量电阻，电阻数值均接近与零，无开路现象。判断整流输入和输出模块，断路器常闭辅助接点，内部防跳继电器K0，闭锁电磁铁Y1，储能闭锁接点S3全部完好，但是在测量合闸线圈HQ引出线时发现电阻无穷大，判断线圈开路。由于现场合闸线圈安装在操作机构的合闸脱扣器及合闸闭锁电磁铁的后下方，目视不容易看清(图2)，在接近时嗅闻到明显的电气焦糊味，加强局部照明，发现合闸线圈已经烧毁(图3)。

图2 合闸线圈位置示意 图3 烧毁的合闸线圈

2.5 合闸调试

更换合闸线圈DC220 V/130 Ω。真空断路器手车在试验位置，拔下断路器二次插头，手动操作LW2转换开关到合闸位置(即C位置)，测量103回路航空插头14触点为+112 V,松开手柄返回到合闸后CD状态，14触点仍然为+112 V，说明5～8合闸接点发生粘连，更换LW2万能转换开关，测试通过。插上二次插头，手动合闸，红灯亮，合闸成功。故障排查抢修结束，抢修历时60分钟，电气学院10 kV配电房高压1号主进线顺利送电，保电成功。

3 故障结论

本次葛电线(葛大店-安徽电气工程职业技术学院)01#总进线柜01#高压真空断路器在操作过程手动合闸失败故障是一次由于VS1真空断路器本体内部合闸线圈烧毁造成的断路器合闸回路断路导致的手动合闸失败的事件。VS1真空断路器本体内部合闸线圈在高压断路器合闸动作中起关键作用，属于核心部件。VS1真空断路器本体内部合闸线圈使用的是铜质导线绕成的具备空心的柱形线圈。在合闸过程中，合闸线圈通电以后因为电磁作用得到磁性，使得合闸线圈的衔铁撞击断路器的合闸操动机构，从而完成断路器合闸的动作。可以看出断路器合闸线圈通电是断路器合闸的首要步骤。在本次故障中，由于VS1真空断路器本体内部合闸线圈已经烧毁，导致合闸线圈无法通电产生磁场，进而衔铁不能在合闸指令下撞击合闸操动机构，导致合闸操动机构无法收到合闸指令，产生手动合闸失败故障。

4 合闸回路线圈烧坏原因分析

真空断路器本体内部合闸线圈的设计要求是短时通电即可完成操作机构的弹簧储能释放实现手动合闸。真空断路器本体内部合闸线圈烧坏的根本原因在于合闸线圈通电时间过长。真空断路器本体内部合闸线圈电阻为130 Ω，又由于合闸线圈产生的电磁力要克服复位弹簧的强大拉力，所以合闸线圈的电流必须很大[2]。稍微长一点的通电时间即可产生较大的热量。合闸线圈过热可能造成合闸线圈部分氧化，而氧化又会增大合闸线圈的电阻，进一步加大热量的产生，进入发热过高，氧化电阻增大，发热更多形成恶性循环，从而导致合闸线圈烧坏。可能发生合闸线圈通电时间过长的原因主要有两点：一是在企业配电房新进电气值班员或者学校实训学生由于倒闸操作技能生疏，手动合闸操作C位时间太长，超过2秒；二是检修维护时不细心，没有发现万能转换开关LW2手动合闸接点5～8自动返回时粘连，没有断开合闸线圈与电源的连接。这两种情况都可能导致合闸线圈通电时间过长，产生过多的热量导致合闸线圈烧毁的严重事故。回顾本次故障发生前，因为配合安徽电气工程职业技术学院10 kV智能配电实训室的改造，01#高压真空断路器有一段时间的频繁操作,推测在这些操作过程中可能存在操作万能开关LW2手动合闸触点5～8自动返回时粘连的问题发生,从而引起的本次严重故障的发生。

5 结束语

通过本次故障的判断处理，可以得出真空断路器本体内部合闸线圈不能长时间的通电，避免引起过热烧毁的结论。建议在日常巡检中加强对万能转换开关的检查，尤其是万能转换开关接点自动返回的情况要多做测试和维护，同时加强对断路器的动合和动断辅助触点的通断切换的试验维护。另一方面电气运行值班人员在倒闸操作过程中应该严格按照规范执行，要按照规程规范要求对断路器使用远方操作方式[3]，减少万能转换开关的使用。

根据本次高压断路器合闸故障原因事故分析，建议在日常维护和相关检修计划中安排望电线(望湖开闭所-电气学院)2号主进线、00号母联断路器、1号和2号10 kV主变压器进线柜、03#和04#高压出线的高压断路器控制回路的LW2万能转换开关的5～8手动合闸、6～7手动跳闸触点的导通后自动返回切断合闸、分闸线圈电流的测试，以及断路器的常开、常闭辅助触点的通断切换翻转时间与行程的测试和调试维护，从而避免安徽电气工程职业技术学院10 kV配电房高压断路器运行过程中再次发生同样的送电合闸失败的故障。