ZN5型真空断路器使用末期维护及故障处理

2012-10-09艾红丽李训强刘军

电气开关 2012年6期

艾红丽，李训强，刘军

(中石化集团胜利石油管理局电力管理总公司，山东东营 257000)

1 引言

ZN5型真空断路器自上世纪八十年代初期，在胜利油田电网6kV系统中得到广泛应用，占到6kV开关总数的80%，是6kV电力系统主要开关电器，为油田电网安全稳定运行起到重要作用。随着运行时间的延长，ZN5型真空断路器逐渐进入故障发展浴盆曲线上升沿，进入故障高发期，如图1所示。随着油田电网的升级改造，ZN5型真空断路器正在逐步退出历史舞台，但是针对ZN5型真空断路器使用末期故障特点进行统计分析，制定针对性的检修维护对策，提高检修维护质量，保证ZN5型真空断路器使用末期的安全运行具有很大的现实意义。

图1 2009年－2011年ZN5型真空断路器故障曲线图

2 ZN5型真空断路器动作原理

ZN5型真空断路器动作原理:操作机构采用抬杠式结构，如图2所示。断路器处于分闸位置时抬杠下滚轮被下挚子扣死，上挚子打开，当合闸线圈通电，合闸铁心通过拉杆带动抬杠以下挚子为中心转动，抬杠中心的长槽孔与主轴摇臂通过轴销相连，当抬杠转动时，带动主轴转动，主轴另外三对摇臂通过绝缘子带动灭弧室导电杆向上运动，使断路器合闸，主轴同时带动分闸弹簧储能。当主轴合闸运动到终点时，上挚子在拉簧作用下迅速返回扣住抬杠上端滚轮，将机构保持在合闸位置，如图3所示。同时主轴带动辅助开关转换切断合闸电源。

图2 ZN5型真空断路器操作机构(分闸状态)

图3 合闸状态

图4 自由脱扣状态

分闸时，分闸电磁铁带电动作，分闸铁心通过分闸摇臂带动下挚子转动，抬杠下滚轮失去支撑，主轴在分闸弹簧作用下迅速反转，通过摇臂和绝缘子带动导电杆分闸，在分闸瞬间下挚子打开时，抬杠以上挚子为中心转动，同时上挚子又被限位滚轮顶开，在复位弹簧作用下，抬杠绕主轴摇臂轴销转动，分闸终了，抬杠下部轴销在弧形槽中运动，在复位弹簧作用下，下滚轮重新被下挚子扣住，上挚子打开，操作机构处于分闸状态(图2)，同时主轴带动辅助开关转换切断分闸电源，分闸过程结束。

在合闸过程中，若遇外部故障，分闸电磁铁动作，下挚子打开，抬杠失去支撑，在合闸过程中的任何位置下挚子打开，主轴即可迅速反转分闸，合闸电磁铁合空，达到自由脱扣的目的，如图4所示。

3 ZN5型真空断路器故障统计、分析

由图5及表1可以看出，断路器故障逐年增多，拒动故障占到ZN5型真空断路器故障总数的47.49%，接头发热占37.14%，二次回路故障占8.57%，灭弧室故障占6.8%。其中拒动故障中由于继电保护故障所导致的拒跳、拒合故障共有5次，操作电源电压低2次，其余主要是由于分闸动作电压调整不当或机械故障所致。通过我们对ZN5型真空断路器动作原理进行的分析，找出分闸动作电压调整不当和发生机械故障的原因，制定相应对策。

图5 ZN5型真空断路器2009－2011年故障统计排列图

表1 2009－2011年故障统计表

3.1 ZN5型真空断路器分闸动作电压影响因素

(1)抬杠下滚轮与下挚子的扣入深度;

(2)分闸电磁铁的电磁力;

(3)分闸铁心的空行程和冲击行程的影响;

(4)机械卡涩。

通过对ZN5型真空断路器动作原理的分析和总结多年的检修经验，ZN5型断路器分闸动作电压，当分闸电磁铁的电磁力一定时主要取决于抬杠下滚轮与下挚子的配合。下滚轮与轴销间是滚针轴承，如图6所示。通常断路器分闸动作电压的调整主要是通过调整螺钉改变下挚子扣入深度实现，长期运行后下挚子端部磨损，检修时单纯调整下挚子扣入深度改变跳闸动作电压，将导致断路器处于不稳定状态，合跳几次后动作电压产生很大变化。一是下挚子打滑导致断路器拒合，二是动作电压升高导致断路器拒跳，这都是我们不希望的结果。因此，在检修时正确调整分闸动作电压尤为重要。

图6 下挚子与下滚轮配合

3.2 ZN5型真空断路器发热故障分析

导电回路承担着一次电流通过的重要作用，接头发热一方面影响载流导体的载流能力，另一方面使绝缘体过热发生绝缘故障。由表1可以看出，断路器发热故障占到ZN5型真空断路器故障总数的37.14%，是ZN5型真空断路器的主要故障。

其故障原因主要有:

(1)真空断路器本体的导电部分材料为紫铜，电网中一次主导电回路的材质多数用的是铝排，铜材质和铝材质的直接接触，由于两种材质不同，会产生电化学反应，使接触面发生氧化;

(2)ZN5型断路器应用较早，接头处使用工业凡士林作为防护材料，夏季高温导致凡士林融化导致接触面氧化发热;

(3)由于电网升级改造，运行方式发生变化，导致部分开关电流增大导致接头发热。

3.3 ZN5型真空断路器二次回路故障分析

(1)二次线松脱，接触不良;

(2)辅助开关调整不当导致断路器跳跃;

(3)辅助开关触点氧化，接触不良。

4 解决措施

4.1 拒动故障的检修要点和预防措施

(1)分闸摇臂的检查。分闸摇臂是连接跳闸铁芯和断路器下挚子的部件，实现断路器可靠分闸的传动系统。分闸摇臂检修时，在按下分闸按钮到底时，下挚子应可靠打开。松开分闸按钮，分闸摇臂在下挚子弹簧和分闸摇臂弹片的作用下，应该可靠返回到初始状态。分闸摇臂的检修同时，检查分闸铁心动作情况，应动作灵活无卡涩现象。分闸铁心的行程分为空行程和冲击行程两部分，在检查时应确保在分闸铁心空行程时摇臂复位弹片能带动摇臂和铁心可靠复位。应仔细检查分闸摇臂弹片是否出现弹性失去或降低，如果分闸摇臂不能完全返回，应调整或更换分闸摇臂复位弹片。

(2)自由脱扣的检查。断路器的自由脱扣是保障断路器合于故障线路时，能快速实现分闸的能力。检查方法是一手按下分闸按钮，一手用合闸棒进行合闸，断路器不应能合闸，且无卡滞现象。另一种方法是用合闸棒进行合闸，在合闸过程中，按下分闸按钮，断路器应快速分闸，此方法容易造成检修人员身体失去平衡，不宜采用这种方法。

(3)跳闸动作电压试验。真空断路器的动作电压是保证断路器可靠跳闸的重要数据，检修规程要求真空断路器的动作电压标准是在30% ～65%Ue，油田电网主要采用220V直流系统，因此跳闸动作电压在66V－143V之间。实验时应有载加压，在加66V电压时连续冲击3次，断路器不得分闸，在143V时断路器应可靠分闸，并连续试验3次，每次都要可靠分闸。由于分闸铁心有空行程，气隙磁阻很大，在66V电压冲击时电磁吸力很小，对下挚子形不成冲击力，无法检查下挚子与抬杠下滚轮扣接情况，因此实际工作中将冲击动作电压提高为40%Ue(90V)进行冲击，这样可以直接检查下挚子与滚轮扣接情况，然后以10V的电压梯度加压(不超过143V)，直至断路器可靠分闸，然后在此电压下连续实验3次，每次均应可靠分闸。

跳闸动作电压调整。当分闸动作电压低于额定值时，可通过调整下挚子进行调解，动作电压低将调整螺钉向外拧，使下挚子向上走，增加下挚子扣入深度，动作电压升高。若分闸动作电压高于额定值则应综合考虑，不能仅仅通过将调整螺钉向里拧，改变下挚子扣入深度调整。应首先调整分闸铁心，使分闸电磁铁具有最大的电磁力，在分闸按钮到底时，保证下挚子能可靠打开的情况下，调整分闸铁心在调节连杆内拧入深度，减小气隙磁阻，使分闸电磁铁具有最大的电磁吸力。然后再通过改变下挚子的扣入深度，将分闸动作电压调整在合格范围内。在调整时且不可一下子将下挚子调的过死，如果调的过死，不能手动硬分闸，必须用螺丝刀从分闸摇臂的槽中把合闸挚子向上挑开，使抬杠一头失去平衡而立即分闸，强行分闸有可能将下挚子压弯。

4.2 发热故障的检查与处理

发热故障现有的检查方式主要依靠试温蜡片和红外线测温仪相结合的方法，在检修时对断路器进行直流电阻测试也有助于发现和处理发热缺陷。处理发热缺陷必须打开接触面进行检查，发现有氧化现象的用砂纸进行处理，并正确涂抹导电膏进行防护。日常缺陷处理不应只处理发热部位，对于同一回路，某相发热虽未超过规定值(80℃)，但明显高于其他接头温度的接触面也要同时检查处理，以减少发热故障的发生。

4.3 二次回路检修和故障处理

ZN5型断路器二次回路引线多由端子排引出，由于端子排位于开关侧面与开关柜间隙很小在检修时往往被忽略，日久天长容易松脱，导致接触不良，检修时应重点检查。

ZN5型断路器使用的很多是压接式辅助开关，这种型号的辅助开关，自洁能力差，在长时间暴露在空气中时，辅助开关的触头之间会出现氧化层，并且灰尘落在触头之间造成接触不良。在检修时必须对辅助开关的触头进行处理，应该用鹿皮进行触头氧化层的打磨，不得使用砂纸，因为辅助开关的触头表面镀了一层银，用砂纸打磨会将表面的镀银层抹掉，影响导电性能。辅助开关的触头应无严重烧伤现象，否则必须更换，以保证可靠的断路器分合闸。检查辅助开关的触头弹簧应无变形，弹性良好，分合闸时检查辅助开关的超行程要大于1.5mm，以保证可靠的导电。

辅助开关的调整，压接式辅助开关，断路器处于合闸位置，将辅助开关固定螺栓松开，向上移动，当跳闸辅助接点接通后，再向上移动1.5mm，将辅助开关固定即可。转换式F系列辅助开关，调整时应根据现场情况调整连接拉杆长度和耦合盘的连接角度，使辅助开关切换可靠，接触良好。

4.4 灭弧室的检修

真空灭弧室是真空断路器的核心，承担着分合电路的作用，随着运行时间的延长故障几率增加，在检修时应重点检查真空灭弧室的玻璃外壳，应光亮，无发白、飞溅物等，内部屏蔽罩应光亮，金属件光泽鲜艳，无发污、变色迹象，各零部件无断裂松动现象。如果发现真空灭弧室出现异常颜色，应进行耐压试验，用2500VMΩ表摇测主回路对地绝缘应大于500MΩ，然后对真空灭弧室进行耐压试验，标准是大修时38kV一分钟不击穿，如果耐压合格，可以继续使用，否则必须更换。运行中如果发现真空灭弧室内壁有红色、乳白色辉光、明显放电声音，说明真空灭弧室的真空度下降，必须更换真空灭弧室。