淺析框架式斷路器故障維修案例和維護(hù)檢測(cè)

陳會(huì)梓

【摘 要】論文對(duì)空管系統(tǒng)臺(tái)站框架式斷路器故障情況進(jìn)行描述，對(duì)保護(hù)脫扣器、操作機(jī)構(gòu)故障原因進(jìn)行分析，淺析框架式斷路器應(yīng)急處置、運(yùn)行管理、維護(hù)檢測(cè)要求，做好框架式斷路器預(yù)防性維修，提升空管臺(tái)站低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

【Abstract】The paper describes the fault situation of frame circuit breaker in air traffic control station， analyzes the fault causes of protection release and operation mechanism， and analyzes the requirements of emergency disposal， operation management， maintenance and detection of frame circuit breaker. Doing well the preventive maintenance of frame circuit breaker to improve the operation reliability of low-voltage distribution system of ATC station.

【關(guān)鍵詞】框架式斷路器； 保護(hù)脫扣器； 操作機(jī)構(gòu) ； 維護(hù)檢測(cè)

【Keywords】 frame circuit breaker； protective release； operation mechanism； maintenance detection

【中圖分類號(hào)】TM561 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）10-0191-04

1 引言

常用的空氣斷路器有塑殼式空氣斷路器和框架式空氣斷路器，其中框架式斷路器額定電流大、分?jǐn)嗄芰?qiáng)，可安裝多種功能的脫扣器和輔助節(jié)點(diǎn)。因此其往往作為保護(hù)較大容量的低壓電氣設(shè)備，使其免受過電流、欠電壓，短路等不正常情況下的危害。一旦發(fā)生故障性跳閘，便會(huì)帶來非常大的影響。本文對(duì)框架式斷路器發(fā)生的典型故障進(jìn)行分析，對(duì)今后框架式斷路器維護(hù)檢測(cè)提供參考建議[1]。

2 框架式斷路器保護(hù)單元故障引起誤動(dòng)作

2.1 事件經(jīng)過

某地配電房發(fā)生市電進(jìn)線框架斷路器跳閘事件，由于該臺(tái)站另一條線路處于供電部門檢修狀態(tài)，因此造成該臺(tái)站市電停電[2]。由于柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)供電，沒有造成嚴(yán)重后果。在排除外部故障前提下運(yùn)行人員應(yīng)急將庫(kù)存?zhèn)溆脭嗦菲魈鎿Q并恢復(fù)送電。

2.2 故障排查分析

該型開關(guān)為ABB，型式：F，型號(hào)：F4S5000R4000PR1/PCD3P，斷路器整定參數(shù)：L段過載長(zhǎng)延時(shí)0.7IthA曲線，S段短路短延時(shí)6Ith D曲線，I段速斷保護(hù)15Ith，G段 OFF。當(dāng)時(shí)斷路器跳閘前運(yùn)行電流大致在1800A左右，末端設(shè)備運(yùn)行正常，配電房也無異味，跳閘后總進(jìn)線斷路器藍(lán)牌彈出，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員應(yīng)急調(diào)用備件斷路器恢復(fù)了供電。故障斷路器整定電流為0.7倍額定電流，跳閘前實(shí)際運(yùn)行電流只達(dá)到了整定值的64%，參考L段電流動(dòng)作曲線，正常情況下未達(dá)3360A斷路器不應(yīng)動(dòng)作，參考S段定時(shí)限根據(jù)整定需達(dá)到24kA才會(huì)驅(qū)動(dòng)短路保護(hù)動(dòng)作，I段速斷保護(hù)根據(jù)整定需達(dá)60kA才會(huì)驅(qū)動(dòng)短路保護(hù)動(dòng)作，現(xiàn)場(chǎng)情況也排除了該斷路器出口端及未端設(shè)備短路導(dǎo)致開關(guān)跳閘的可能，故障基本鎖定為斷路器本體。

2.3 設(shè)備檢測(cè)

根據(jù)之前的現(xiàn)象斷路器跳閘唯一能讓藍(lán)牌彈出的只有保護(hù)脫扣器驅(qū)動(dòng)脫扣線圈YO1動(dòng)作，因此將斷路器檢測(cè)重點(diǎn)放在測(cè)試脫扣器及CT，對(duì)于保護(hù)單元測(cè)式，由于過流L段保護(hù)曲線是反時(shí)限特性，其時(shí)間電流特性曲線滿足T=K/I2。為能準(zhǔn)確檢測(cè)出保護(hù)單元的動(dòng)作特性是否正常，則必須采取同一特性曲線上測(cè)試不同電流段的方式來進(jìn)行檢測(cè)，為能達(dá)到測(cè)試的準(zhǔn)確性，本次通過對(duì)圖2保護(hù)脫扣器檢測(cè)同一段保護(hù)段測(cè)試3種電流。

脫扣器檢測(cè)流程：

①使用ABB專用TS3檢測(cè)裝置檢測(cè)PR1/P脫扣器L/S/I三段曲線。

②用萬用表檢測(cè)A、B、C三相CT阻值是否平衡。

2.4 L段脫扣曲線示例（圖4）

2.5 檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)過對(duì)保護(hù)脫扣器測(cè)試并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)存在異常情況。

測(cè)試表中脫扣器L段過流保護(hù)根據(jù)反時(shí)限特性T=K/I2在3倍In（額定電流）時(shí)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)為10000ms，但實(shí)際動(dòng)作值為1226ms。當(dāng)1倍In動(dòng)作電流下脫扣器應(yīng)不動(dòng)作，但測(cè)試結(jié)果在8200Ms時(shí)斷路器動(dòng)作，存在低于額定電流運(yùn)行[3]。

通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)框架式斷路器保護(hù)脫扣器失效，運(yùn)行多年后內(nèi)部元器件處于劣化階段，直接影響脫扣器的動(dòng)作特性，使脫扣器的脫扣曲線偏離正常值，造成了在額定電流以下運(yùn)行，出現(xiàn)脫扣器動(dòng)作的情況[4]。在確定故障原因后，更換了框架式斷路器的保護(hù)脫扣器，保證了斷路器的正常使用。

3 框架式斷路器操作結(jié)構(gòu)故障導(dǎo)致自動(dòng)合閘故障

3.1 事件經(jīng)過

某地配電房發(fā)生幾臺(tái)框架式斷路器都自動(dòng)合閘故障現(xiàn)象，即斷路器自動(dòng)儲(chǔ)能后操作機(jī)構(gòu)合閘，而后繼續(xù)儲(chǔ)能后發(fā)生自動(dòng)合閘現(xiàn)象。由于框架式斷路器不停進(jìn)行自動(dòng)合閘，導(dǎo)致其外殼出現(xiàn)破損。由于斷路器后端均為重要回路，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員及時(shí)斷開斷路器儲(chǔ)能回路電源，暫時(shí)性消除了斷路器自動(dòng)合閘現(xiàn)象[5]。

如圖6所示拆除最左側(cè)U1/U2儲(chǔ)能馬達(dá)回路電源線。

3.2 故障排查分析

對(duì)負(fù)載進(jìn)行計(jì)劃停電，斷路器退出運(yùn)行后進(jìn)行檢測(cè)，存在問題：

①手動(dòng)完成儲(chǔ)能后，操作機(jī)構(gòu)無法自鎖，儲(chǔ)能彈簧能量直接釋放導(dǎo)致斷路器合閘機(jī)構(gòu)頻繁自動(dòng)合閘；

②出現(xiàn)故障的E1N800A 斷路器儲(chǔ)能后，操作機(jī)構(gòu)自動(dòng)合閘，內(nèi)部操作機(jī)構(gòu)部分機(jī)構(gòu)出現(xiàn)卡鎖現(xiàn)象，導(dǎo)致三連桿無法自鎖，直接釋放；但操作機(jī)構(gòu)尚未損壞；

③出現(xiàn)故障的斷路器儲(chǔ)能后，操作機(jī)構(gòu)自動(dòng)合閘，內(nèi)部操作機(jī)構(gòu)部分機(jī)構(gòu)出現(xiàn)卡鎖現(xiàn)象，導(dǎo)致三連桿無法自鎖，直接釋放；操作機(jī)構(gòu)右側(cè)支撐板已損壞變形，無法保證以后機(jī)構(gòu)的可靠性；

④斷路器儲(chǔ)能電機(jī)、分合閘線圈動(dòng)作性能基本正常，主觸頭形態(tài)完好，引弧觸頭測(cè)試間隙基本正常，絕緣檢測(cè)正常，保護(hù)脫扣器功能曲線檢測(cè)正常。

3.3 故障原因

根據(jù)維修設(shè)備以上故障現(xiàn)象和設(shè)備檢測(cè)情況，故障現(xiàn)象主要為主操作機(jī)構(gòu)無法自鎖，導(dǎo)致了斷路器儲(chǔ)能動(dòng)作完成后，立即自動(dòng)釋放，從而引起斷路器自動(dòng)合閘故障。部分機(jī)構(gòu)因此導(dǎo)致機(jī)構(gòu)變形，出現(xiàn)不同程度的損傷[6]。由于操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部部分元件缺乏潤(rùn)滑，導(dǎo)致部分機(jī)構(gòu)卡死，從而引起機(jī)構(gòu)無法有效可靠的復(fù)位，從而引起斷路器誤動(dòng)作現(xiàn)象出現(xiàn)。因此框架式斷路器需定期維護(hù)，保證內(nèi)部操作機(jī)構(gòu)的良好性能。尤其是斷路器背部操作機(jī)構(gòu)需要深度維護(hù)，保證斷路器操作機(jī)構(gòu)的可靠性。斷路器使用一定年限后，隨著斷路器設(shè)備使用的年限不斷增加，設(shè)備元件和元件中所用的潤(rùn)滑油出現(xiàn)老化和潤(rùn)滑油干澀生成的油漬導(dǎo)致內(nèi)部操作機(jī)構(gòu)某些元件卡鎖現(xiàn)象，從而引起本故障現(xiàn)象的發(fā)生。

后續(xù)對(duì)框架式斷路器已出現(xiàn)機(jī)構(gòu)損壞的元器件進(jìn)行更換維修，再對(duì)斷路器進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試，確保斷路器修復(fù)并且斷路器所有性能正常，從而保證斷路器的可靠運(yùn)行[7]。

可見斷路器本身質(zhì)量原因概率較低，而由于機(jī)構(gòu)內(nèi)部潤(rùn)滑脂干澀的油漬引起的故障概率較高?？蚣苁綌嗦菲餍杳?jī)赡赀M(jìn)行一次深度維護(hù)，以保證設(shè)備動(dòng)作的時(shí)效性和及時(shí)性，避免因故障出現(xiàn)后，設(shè)備機(jī)構(gòu)相關(guān)元件損壞，負(fù)載斷電影響擴(kuò)大。

如圖8為斷路器老化曲線，可見在有無預(yù)防性維護(hù)的情況下，斷路器本身性能的變化曲線。

綜上所述，斷路器在整個(gè)生命周期過程中，電氣設(shè)備的穩(wěn)定性隨著使用年限的增加逐漸降低。電氣設(shè)備老化的主要因素：環(huán)境因素（溫度、濕度、灰塵、腐蝕性氣體…），使用條件（分?jǐn)嚯娏鳌⒉僮鞔螖?shù)、諧波…） 等等因素。同時(shí)惡劣的環(huán)境和使用條件一定會(huì)加速設(shè)備的老化、磨損、甚至發(fā)生故障。根據(jù)斷路器生命周期規(guī)律，制定預(yù)防性維護(hù)檢測(cè)計(jì)劃，建議每?jī)赡陮?duì)框架式斷路器定期進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)可以提升斷路器穩(wěn)定性能，延長(zhǎng)其使用壽命。對(duì)于短路、跳閘或惡劣環(huán)境等情況，應(yīng)適當(dāng)考慮縮短維護(hù)周期。

其中主要包含四個(gè)方面：

①觸頭檢測(cè)，包括使用專用設(shè)備檢查動(dòng)靜觸頭動(dòng)作配合情況、接觸情況（如檢查接觸電阻等），平整、校驗(yàn)觸頭，改善觸頭狀態(tài)，必要時(shí)更換觸頭；

②機(jī)構(gòu)檢測(cè)，包括機(jī)械儲(chǔ)能，分、合斷路器，觀察、測(cè)試機(jī)構(gòu)關(guān)鍵部件運(yùn)行狀態(tài)，專業(yè)潤(rùn)滑，調(diào)整或更換故障的機(jī)構(gòu)零件；

③電氣和機(jī)械附件功能檢測(cè)，包括檢查電氣和機(jī)械附件及其連接，包括CT、二次接線、分合閘線圈、脫扣線圈、機(jī)械聯(lián)鎖等，確保各項(xiàng)附件能提供正確的功能，保證斷路器的可靠運(yùn)行；

④保護(hù)特性檢測(cè)，包括使用專業(yè)儀器對(duì)脫扣單元進(jìn)行測(cè)試，檢查脫扣器動(dòng)作曲線，防止拒動(dòng)、誤動(dòng)，確保脫扣器能提供正確的保護(hù)功能。

因此開展框架式斷路器有效的預(yù)防性維護(hù)檢測(cè)，可以使其更好的可靠運(yùn)行，同時(shí)可適當(dāng)考慮增加框架式斷路器備件。避免故障性停電或長(zhǎng)時(shí)間停電對(duì)運(yùn)行對(duì)負(fù)載帶來極大的影響[2]。

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