戶內(nèi)交流高壓真空斷路器常見故障

齊婷婷，秦向宏

（寶雞鈦業(yè)股份有限公司，陜西寶雞 721014）

0 引言

ZN63A 型戶內(nèi)交流高壓真空斷路器是三相交流50 Hz、額定電壓為12 kV 的戶內(nèi)裝置，用于萬噸自由鍛壓機(jī)高壓電機(jī)的啟動(dòng)、停止、控制和保護(hù)。交流高壓真空斷路器在企業(yè)生產(chǎn)中擔(dān)當(dāng)著重要的角色，及時(shí)準(zhǔn)確解決交流高壓真空斷路器故障，快速恢復(fù)生產(chǎn)是企業(yè)發(fā)展所需。由于在高壓電機(jī)啟動(dòng)/停止中，高壓真空斷路器頻繁動(dòng)作，電氣元件損壞、機(jī)械部分磨損均是高壓真空斷路器無法正常合閘的重要原因。分析并解決此類故障，對保障企業(yè)生產(chǎn)具有十分重要的意義。

1 交流高壓真空斷路器工作原理

1.1 滅弧室

萬噸壓機(jī)所用ZN63A 型戶內(nèi)高壓真空斷路器配有陶瓷真空滅弧室，其動(dòng)觸頭結(jié)構(gòu)為為杯型，采用銅鉻材料制成，該觸頭電磨損率低，電壽命長，耐壓水平高。該滅弧室可以做到真空滅弧室內(nèi)部氣體壓力低于1.33×10-3Pa 時(shí)，正常儲存年限不低于20 年的基本要求，滅弧室的動(dòng)作壽命不低于斷路器的機(jī)械壽命次數(shù)。

1.2 滅弧原理

萬噸壓機(jī)所用ZN63A 型戶內(nèi)高壓真空斷路器在完成分閘操作時(shí)，動(dòng)、靜觸頭在操動(dòng)機(jī)構(gòu)作用下帶電分閘，在觸頭間將會(huì)產(chǎn)生真空電弧。由于動(dòng)觸頭的杯形構(gòu)造，在動(dòng)觸頭間隙內(nèi)產(chǎn)生縱向磁場，縱向磁場使得真空電弧保持?jǐn)U散型，并使電弧溫度均勻地分布在觸頭外表，維持較低的電弧電壓。真空電弧被斷路器采用縱向磁場控制，分?jǐn)嚯娏鞯哪芰?qiáng)而穩(wěn)定。

1.3 動(dòng)作原理

1.3.1 儲能動(dòng)作

將高壓開關(guān)柜上的旋鈕旋至“儲能”位置，儲能電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，儲能軸上的掛簧拐臂順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，拉伸合閘彈簧，合閘彈簧拉至限位，儲能完成。同時(shí)，與儲能軸連接的撥板帶動(dòng)儲能標(biāo)志，指示儲能到位。儲能是為合閘做準(zhǔn)備（圖1）。

圖1 儲能指示

1.3.2 分、合閘動(dòng)作

（1）合閘動(dòng)作。儲能到位后，在萬噸操作室維護(hù)電腦“Motor”界面逐一啟動(dòng)高壓電機(jī)，電機(jī)啟動(dòng)信號經(jīng)MCC 柜至VFS 軟啟動(dòng)柜，VFS 軟啟動(dòng)柜繼電器模塊經(jīng)計(jì)算，檢測無誤后，將合閘信號輸出至高壓柜，高壓柜收到合閘信號，經(jīng)綜保在合閘條件滿足的情況下，合閘電磁鐵得電，推動(dòng)電動(dòng)合閘彎板轉(zhuǎn)動(dòng)，完成合閘動(dòng)作。

（2）分閘動(dòng)作。合閘動(dòng)作完成后，在萬噸操作室維護(hù)電腦“Motor”界面逐一停止高壓電機(jī)，電機(jī)停止信號經(jīng)MCC 柜至VFS 軟啟動(dòng)柜，VFS 軟啟動(dòng)柜繼電器模塊經(jīng)計(jì)算，檢測無誤后，將分閘信號輸出至高壓柜，高壓柜收到分閘信號，經(jīng)綜保在分閘條件滿足的情況下，分閘電磁鐵得電，推動(dòng)脫扣彎板轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)分閘半軸松開并順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，完成分閘動(dòng)作。

（3）分/合閘操作方式。ZN63A 型戶內(nèi)交流高壓真空斷路器均有手動(dòng)分/合閘，電動(dòng)分/合閘兩種操作方式。

1.4 斷路器巡檢與維護(hù)

1.4.1 日常巡檢

（1）檢查高壓真空斷路器操作機(jī)構(gòu)是否正常，合閘指示是否正確。

（2）各種聯(lián)鎖保護(hù)及信號繼電器是否正常。

（3）電流表、電壓表、綜保、各種指示燈是否正常。

1.4.2 經(jīng)常性的檢查

（1）斷路器投用以后應(yīng)按照有關(guān)的運(yùn)行規(guī)范對斷路器進(jìn)行經(jīng)常性的檢查。

（2）每周維護(hù)日，在主機(jī)停機(jī)狀態(tài)下，將高壓柜旋鈕旋至“就地”，將斷路器小車從“工作位置”退出至“試驗(yàn)位置”，檢查斷路器小車各電氣，機(jī)械元件是否完好。

（3）檢查各部件螺栓的緊固情況，及時(shí)擰緊松動(dòng)的螺栓。經(jīng)常檢查儲能電機(jī)，合閘線圈，分閘線圈的運(yùn)行工況。

1.4.3 清潔和潤滑

（1）在主機(jī)設(shè)備檢修時(shí)，將斷路器手車從“工作位置”退出至“試驗(yàn)位置”，再從“試驗(yàn)位置”拉出至專用轉(zhuǎn)用車上，對該斷路器進(jìn)行清掃，以保持絕緣件、導(dǎo)電件表面的清潔。

（2）對斷路器各傳動(dòng)部位，涂德國進(jìn)口潤滑脂。

（3）對斷路器觸頭部位，涂抹新的導(dǎo)電膏。

2 交流高壓真空斷路器常見故障

（1）高壓真空斷路器不能正常儲能。原因分析：儲能用微動(dòng)開關(guān)S1 壞，導(dǎo)致儲能電機(jī)不能正常運(yùn)行，無法正常儲能；高壓真空斷路器試驗(yàn)位/工作位限位接點(diǎn)故障，導(dǎo)致儲能電機(jī)不能正常運(yùn)行，無法正常儲能；驅(qū)動(dòng)儲能軸上的掛簧拐臂斷，儲能電機(jī)轉(zhuǎn)，合閘彈簧不拉長，無法正常儲能。

（2）高壓真空斷路器儲能正常，無法合閘。原因分析：微動(dòng)開關(guān)S1 壞，儲能電機(jī)正常儲能后，S1 接點(diǎn)未閉合，導(dǎo)致無法合閘；高壓真空斷路器工作位限位接點(diǎn)故障，沒有正常閉合，導(dǎo)致無法合閘；與斷路器主軸連動(dòng)輔助開關(guān)QF 故障，導(dǎo)致無法正常合閘；機(jī)械凸輪連桿斷，導(dǎo)致機(jī)械機(jī)構(gòu)無法完成正常合閘操作。

（3）高壓真空斷路器不能正常分閘。原因分析：分閘線圈燒，無法電動(dòng)分閘；與斷路器主軸連動(dòng)輔助開關(guān)QF 故障，導(dǎo)致無法正常電動(dòng)分閘。

（4）高壓真空斷路器小車不能推進(jìn)、退出。原因分析：斷路器處于合閘狀態(tài)；推進(jìn)手柄未完全插入推進(jìn)孔；推進(jìn)機(jī)構(gòu)未完全到試驗(yàn)位置，致使舌板不能與柜體解鎖；柜體接地刀未分開。

3 高壓真空斷路器常見故障與維修案例

（1）WEG 400C/D/E-06 萬噸壓機(jī)450 kW 6 kV 高壓電機(jī)無法正常啟動(dòng)。該高壓電機(jī)采用高壓軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，啟動(dòng)之前主電機(jī)高壓柜旋鈕由“就地”位置打到“遠(yuǎn)方”位置。其啟動(dòng)原理如圖2 所示。

圖2 高壓開關(guān)柜合閘示意

經(jīng)過診斷，發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)過程中，PLC 已將電機(jī)啟動(dòng)指令給至軟啟動(dòng)器，軟啟動(dòng)器接到合閘指令，繼電器控制板通過運(yùn)算，輸出合閘指令至高壓柜，但高壓柜未執(zhí)行合閘指令。

檢查過程如下：①高壓柜儲能指示燈亮，高壓真空斷路器已儲能；②用多用表測量國電南自綜保ln4X1，ln4x6端子之間電壓，是否為DC 220 V，測量后，發(fā)現(xiàn)電壓正常；③檢查手車運(yùn)行位置指示燈，指示燈亮，說明高壓真空斷路器處于工作位；④旋鈕處于“遠(yuǎn)方”位置，指示正確；⑤再次遠(yuǎn)方合閘，高壓真空斷路器依舊不動(dòng)作；⑥將旋鈕旋轉(zhuǎn)至“就地”，將手車從工作位揺至試驗(yàn)位，拆下插頭，測量插頭10#、20#端子，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)端子電阻很小，正常情況下應(yīng)為12 000 Ω，說明閉鎖電磁鐵線圈燒；⑦在試驗(yàn)位先儲能，測量S1 微動(dòng)開關(guān)，工作正常；⑧在試驗(yàn)位置先儲能，將閉鎖接點(diǎn)手動(dòng)閉合，測量插頭4#、14#端子電阻為198 Ω，合閘線圈正常。

經(jīng)過以上診斷可知，因閉鎖電磁鐵線圈故障，導(dǎo)致合閘回路開路，不能滿足正常合閘的條件，更換閉鎖線圈后，將小車推入“工作位置”，旋鈕旋至“遠(yuǎn)方”位置，合閘正常，電機(jī)正常啟動(dòng)。

（2）萬噸壓機(jī)450 kW 6 kV 高壓電機(jī)無法正常啟動(dòng)。檢查發(fā)現(xiàn)，高壓柜儲能指示燈滅，儲能電機(jī)帶動(dòng)掛簧反復(fù)儲能，均無法正常儲能。將儲能旋鈕撥至“Off”，工作由“遠(yuǎn)方”旋至“就地”，將斷路器小車從“工作位置”退出至“試驗(yàn)位置”進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)儲能軸上的掛簧拐臂斷，儲能電機(jī)轉(zhuǎn)，合閘彈簧不拉長，無法正常儲能。更換儲能軸及掛簧拐臂，儲能正常，電機(jī)啟動(dòng)正常。

（3）萬噸壓機(jī)450 kW 6 kV 高壓電機(jī)無法正常啟動(dòng)。進(jìn)入高壓配電室，檢查高壓柜發(fā)現(xiàn)，儲能指示正常；在萬噸操作室，按下合閘按鈕，高壓真空斷路器依舊不能正常合閘。通過高壓柜LED燈指示，高壓真空斷路器處于“工作位置”，限位指示正常。將高壓柜旋鈕由“遠(yuǎn)方”打至“就地”，將該斷路器由“工作位置”退出至“試驗(yàn)位置”，當(dāng)高壓柜LED 指示燈顯示為“試驗(yàn)位置”后，打開高壓柜斷路器室柜門，拔下插頭，測量4#、14#插針之間的阻值，阻值無法測出，該回路開路；測量微動(dòng)開關(guān)S1，發(fā)現(xiàn)微動(dòng)開關(guān)S1 接點(diǎn)故障，更換后，該斷路器合閘正常，高壓電機(jī)啟動(dòng)正常。

（4）高壓真空斷路器在合閘之后又分閘。萬噸壓機(jī)450 kW 6 kV高壓電機(jī)為PLC 兩個(gè)輸出點(diǎn)輸出，當(dāng)兩個(gè)點(diǎn)輸出都為高電平時(shí)電機(jī)啟動(dòng)，當(dāng)兩個(gè)點(diǎn)輸出有一個(gè)或同時(shí)為低電平時(shí)停止。經(jīng)過診斷，PLC 兩個(gè)高電平輸出信號正常，兩個(gè)高電平信號給至VFS 軟啟動(dòng)器繼電器模塊，繼電器模塊通過運(yùn)算，將進(jìn)線斷路器合閘指令通過輸入輸出模塊給至斷路器，高壓真空斷路器合閘。VFS 在二級變頻啟動(dòng)過程中，啟動(dòng)電流為1.5Ie，輸出啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為90%Te，但因啟動(dòng)過程負(fù)載故障，啟動(dòng)過程超過啟動(dòng)時(shí)間，VFS 軟啟動(dòng)器發(fā)出跳閘信號，高壓真空斷路器接到跳閘信號，立即分閘。

進(jìn)入萬噸泵站，手動(dòng)盤電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)油泵卡滯；將電機(jī)和油泵完全脫開，用手可輕松盤動(dòng)電機(jī)輸出軸，而油泵輸入軸完全卡死。將油泵進(jìn)行拆解并檢修，恢復(fù)高壓電機(jī)輸出軸和油泵輸入軸鎖緊裝置連接，檢查無誤后，重新啟動(dòng)。高壓電機(jī)啟動(dòng)信號正常，高壓真空斷路器合閘正常，電機(jī)運(yùn)行正常。該故障是由于外部負(fù)載故障，引起高壓真空斷路器在合閘之后又分閘，導(dǎo)致高壓真空斷路器無法正常工作。

（5）高壓真空斷路器合閘后無法正常分閘。出現(xiàn)此類故障，一般是由于電動(dòng)分閘失效，只能手動(dòng)分閘。該故障是由于分閘線圈燒壞，或轉(zhuǎn)動(dòng)式輔助開關(guān)QF 故障引起。該輔助開關(guān)QF 有8對常開觸點(diǎn)和8 對常閉觸點(diǎn)。

萬噸壓機(jī)450 kW 6 kV 高壓電機(jī)共有16 臺，有16 臺戶內(nèi)交流高壓真空斷路器與之對應(yīng)，在使用過程中，因頻繁啟停，高壓真空斷路器在運(yùn)行過程中出現(xiàn)各類故障，針對故障現(xiàn)象，具體分析，提出有針對性的維修策略并及時(shí)修復(fù)，提高設(shè)備利用率。

交流高壓真空斷路器的運(yùn)行狀況直接影響萬噸壓機(jī)的生產(chǎn)進(jìn)度。通過強(qiáng)化設(shè)備的日常維護(hù)和故障處理，對故障進(jìn)行分類分析、整理、總結(jié)，在故障判斷時(shí)可以縮小故障點(diǎn)的范圍，增加故障判斷的準(zhǔn)確性，提高檢修效率；在維護(hù)時(shí)可以做到精準(zhǔn)維護(hù)，降低維修人員勞動(dòng)強(qiáng)度，減少檢維修時(shí)間，使設(shè)備運(yùn)行更加安全和經(jīng)濟(jì)。

4 結(jié)束語

交流高壓真空斷路器出現(xiàn)故障，本著由簡到難、由電氣部分到機(jī)械部分的原則進(jìn)行排查。只要掌握交流高壓真空斷路器的工作原理和設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)，了解其操作方法、動(dòng)作順序并對故障現(xiàn)象作充分調(diào)查和分析，就一定能找到故障的原因所在，檢查修理，排除故障，恢復(fù)高壓真空斷路器正常使用，保障企業(yè)正常生產(chǎn)。