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VD4型真空断路器的合闸闭锁电磁铁烧毁现象分析

2019-07-23 20:48

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  对VD4型真空断路器合闸闭锁电磁铁线圈的烧毁现象进行了分析,从电磁铁长时间通电易发热的角度出发,提出采用串联阻容回路的改进措施来降低电磁铁线圈功率,延长电磁铁线圈寿命,提高断路器的运行可靠性。

  近年来,KYN28-12型中置式开关柜,又称铠装移开式交流金属封闭开关设备,其结构紧凑,占地面积小,封闭性好,手车可以互换,所有设备操作都可以在柜门关闭状态下进行,运行安全可靠,在变电站10kV 配电系统中备受用户欢迎。

  ABB公司生产的VD4型真空断路器由于“五防”功能齐全在开关柜所配置手车式真空断路器中得到了广泛应用。但是由于开关柜部分闭锁元件原因,会出现在操作和试验过程中合闸闭锁电磁铁线圈烧毁而导致断路器无法合闸的现象。

  某日19:12,220kV××变电站1号主变后备保护动作,1号主变10kV侧65A开关跳闸,10kV I段母线kVI段母线线开关拒动引起越级跳闸。故障点隔离后准备对10kVI段母线A开关无法合闸送电。现场检查发现1号主变10kV侧65A开关 “控制回路断线”光字牌亮,断路器合闸指示灯灭。

  1号主变10kV侧65A开关柜采用厦门 ABB公司生产的VD4 型真空断路器。其合闸操作回路见图1,从图中可以看出合闸必须具备3 个条件:(1) 操作回路有控制电压;(2) 断路器处于已经储能的状态,即合闸回路中的S1储能辅助开关闭合;(3) 手车在工作位置或试验位置,断路器处于分闸状态,辅助开关S3闭合;合闸闭锁电磁铁Y1带电动作,合闸闭锁电磁铁辅助开关S2闭合。此时若有合闸命令,合闸线圈带电,断路器合闸。

  打开1号主变10kV侧65A开关柜进行检查,结果发现闭锁电磁铁Y1线圈烧毁(现场没有焦糊味),合闸线 闭锁电磁铁的辅助开关接点没有闭合,合闸回路不具备合闸的必备条件,而且手动合闸也被锁死,无法合闸。

  从上面的分析来看,本次故障的主要原因是闭锁电磁铁Y1线圈烧毁,电磁铁无法励磁启动,闭锁了断路器的合闸回路,导致断路器无法合闸送电。

  从故障现象来看,电磁铁线圈被烧毁,现场没有闻到焦糊味,可以判断电磁铁线圈在断路器断开前已经损坏,不存在断路器分闸瞬间烧毁的可能。一般情况下,检修工作需要将设备保持检修状态几个小时,甚至几天时间,如果没有将控制电压断开(或取下二次插头), 合闸闭锁电磁铁一直处于励磁状态,电磁铁内部线圈长时间通电而发热烧毁。

  VD4 型真空断路器采用闭锁电磁铁是通过其动铁心与断路器合闸脱扣板进行配合,来实现合闸闭锁控制,控制原理如图1所示。当开关柜处于试验状态时,断路器辅助开关S3闭合,从而接通合闸闭锁电磁铁电源,使闭锁电磁铁励磁动作,合闸闭锁电磁铁辅助开关S2闭合,接通合闸操作回路;当断路器处于运行状态时,断路器辅助开关S3断开,闭锁电磁铁Y1失去励磁,辅助开关S2断开,闭锁断路器合闸回路。

  因此,当断路器在热备用(或试验)状态时,闭锁电磁铁线圈由于长时间通电易导致质量下降而发热烧毁。另外,由于断路器在运行状态时只能判断分闸回路,无法监视合闸回路,所以当闭锁电磁铁线圈损坏时,对于运行状态中的断路器,此故障较难发现。

  只有当断路器分闸后,才能通过“控制回路断线”光字牌,断路器合闸指示灯灭发现闭锁电磁铁线圈损坏的问题,可能造成紧急情况下无法及时送电的隐患。

  但不能从根本上解决电磁铁线圈经常烧毁问题。由于正常情况下的检修工作需要将设备保持检修状态几个小时,甚至几天时间,合闸闭锁电磁铁一直处于励磁状态,电磁铁内部线圈长时间通电,该线圈到底能带多长时间的电往往取决于线圈的质量。同时,这种处理方法存在一个隐患,就是紧急情况下断路器分闸后由于电磁铁烧毁不能立即送电的故障。

  当出现紧急情况下需要正常送电,又出现闭锁电磁铁故障导致的电气回路不通时,此时没有备品更换,可在工作位置拆下操动机构外壳,用螺丝刀顶住电磁铁Y1,人工强制吸合,此时即可操作,需要特别强调的是,这种方法仅限于非常紧急情况下采用,待备品到位后应立即更换。

  由于断路器在运行过程中,闭锁电磁铁线圈是不带电的,一旦断开,闭锁电磁铁就带电,只有将控制电源断开或取下二次插头,闭锁电磁铁才不带电。但是,按照无人值班设计的变电站,远方遥控开关后谁来将控制电源断开或取下二次插头,这样的操作要求限制了VD4 型真空断路器在变电站的应用。

  由于闭锁电磁铁不能长期带电,一旦烧毁又导致无法操作合闸。因此,取消闭锁电磁铁后,合闸回路不在受闭锁电磁铁的辅助开关闭锁。但是,这种方法是以牺牲合闸回路的防误闭锁为代价,存在带负荷操作开关小车的安全隐患。

  从上面的4种常见处理方法来看,无法是更换电磁铁线圈,还是改进运行人员操作方式,减少电磁铁通电时间,都无法解决合闸闭锁电磁铁损坏的根本问题。由于电磁铁线圈发热效应是由其功率的大小和工作时间的长短所决定。

  如果长时间通电时,减少通电过程中的电磁铁功率,就可以有效延长电磁铁的寿命,降低易发热烧坏的几率。因此,利用电磁铁在吸合时候的工作电压(或励磁电流)比维持它吸合的工作电压(或励磁电流)高的特性,在VD4 型断路器操动机构的闭锁电磁铁励磁回路中串联一个阻容回路,就可以有效解决通电后电磁铁的功率大小问题,其控制原理如图2所示,直接在电磁铁线圈串联一个限流电阻R并接一个电容C。

  启动:由于电磁铁动铁心动作瞬间,需要较大的启动电流。当断路器分闸脉冲发出后,辅助开关S3闭合,二极管V1导通,电磁铁线圈带电,这个时候由于电容上电压瞬间不能突变,电容相当于短路,回路中所有的电压直接加到电磁铁线圈两端上(相当于励磁控制回路改进前的情况),电磁铁励磁动作,通过其动铁心动作,启动与断路器合闸脱扣板,使辅助开关S2闭合,并接通合闸操作回路。

  接下来,电容充电至稳定状态相当于开路,限流电阻分压,故电磁铁线圈上的压降降低到电磁铁维持吸合状态(相当于最终力状态,与电磁铁的工作气隙δ有关),电路正常工作。

  断开:当断路器合闸后,其辅助开关S3断开瞬间,电磁铁线圈产生反电动势,二极管给了它一个泄放回路,以保护电磁铁线圈;同时,限流电阻R此时作为电容C的放电回路。

  通过串联阻容回路可有效减少电磁铁线圈的通电功率,降低线圈长时间通电的发热温度,起到了延长闭锁电磁铁线圈寿命的目的,缩短了变电站的送电时间,提高了送电成功率。

  串联一个阻容回路所需要的费用和更换一个新的电磁铁的费用相比显示出了经济实用,大大减少了备用闭锁电磁铁线圈的投资费用;同时,回路改进后减少了合闸闭锁电磁铁线圈烧毁事故的发生,相应的增加了变电站售电电量,增加了企业的经济效益。

  增加串联一个阻容回路,只需要对回路中的电磁铁线圈、整流器的接线进行适当调整就可实现。并且回路改进可结合开关年检进行,只需要几分钟的时间。

  综上所述,通过对电磁铁线圈回路的改进,串联一个阻容回路可以有效减少电磁铁线圈的通电功率,减少了合闸闭锁电磁铁线圈烧毁事故的发生,并且安全可靠,经济方便,加强了断路器的运行稳定性,是改造断路器,加强其运行能力行之有效的理想方案。

  (本文选编自《电气技术》,原文标题为“VD4型真空断路器合闸闭锁电磁铁烧毁现象分析及改进”,作者为陈建平、黄志杰。)

  (本文选编自《电气技术》,原文标题为“VD4型真空断路器合闸闭锁电磁铁烧毁现象分析及改进”,作者为陈建平、黄志杰。)

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