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

（民航華東空管局技術(shù)保障中心區(qū)管動(dòng)力設(shè)備室，上海 200335）

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。

圖1 框架式斷路器藍(lán)牌彈出

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。

圖2 PR1/P保護(hù)脫扣器

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。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

2.4 L段脫扣曲線示例（圖4）

圖4 R4000PR1/PCD3P L段脫扣曲線示例

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]。

CT測(cè)試數(shù)據(jù)：A相79.7,B相79.8,C相79.9

圖5 R4000PR1/PCD3P L段脫扣曲線示例

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。

圖6 斷路器最左側(cè)接線端子儲(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；

圖7 斷路器操作機(jī)構(gòu)右側(cè)支撐板變形

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。

圖8 斷路器老化曲線

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?、操作次?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]。