浅谈ABB Vx系列真空接触器开关电源模块改造

边建坤

摘要：文章针对高压电机控制柜采用的ABB Vx系列高压真空接触器的宽电压供电模块（即开关电源）损坏后不易于维修且造价昂贵的问题，阐述了ABB Vx系列高压真空接触器的结构原理，说明了电源模块的损坏原因及改造方案。改造后，该宽电压供电模块的散热条件得到了极大改善，使用寿命大大延长，经济效益十分明显。

关键词：高压电机控制柜；ABB Vx系列；高压真空接触器；开关电源模块；散热条件 文献标识码：A

中图分类号：TM572 文章编号：1009-2374（2015）31-0036-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.017

ABB Vx系列高压真空接触器（主要包括V7和V12两种型号）是用于电压为3.6～12kV高压电机分合闸的场合，且适用于频繁操作的几种高压真空接触器，在国内各大厂矿企业应用较为广泛，在我们神东煤炭集团各个矿井也有广泛的应用。但是，我们在工作实践中，发现该高压真空接触器常出现宽电压供电模块故障并进而引起接触器线圈失电，最后造成真空接触器释放而停机，给生产带来不小的危害。众所周知，高压负载一般都是用在关键及重要场合的大功率负载，如供电系统中的变压器电源、煤矿的主扇风机电机、炼钢厂的中频电源等。这种故障停机有时会带来严重的后果和不可估量的损失。因此本文针对这种现象，对ABB Vx系列高压真空接触器宽电压供电模块进行了改造。

1 ABB Vx系列真空接触器工作原理

ABB Vx系列真空接触器具有外形美观、结构紧凑、设计合理、分断能力强等诸多优点。其结构组成主要由宽电压供电模块、真空灭弧室、控制电磁铁、主触头、操作机构以及其他辅助部件构成。

开断原理：接触器的主触头装设在陶瓷的真空灭弧室中，真空接触器合闸、分闸时，向宽电压电源模块发出合闸或者分闸的指令，电源模块接到指令以后，即输出电压信号，驱动电磁线圈产生电磁力，衔铁受到电磁力的作用即发生运动，并带动真空灭弧室中的动、静触头快速闭合或断开，从而实现高压设备启、停车的安全可靠运行。

2 宽电压电源模块工作原理

宽电压供电模块其实是一个功能强化后的整流电源，它在合闸时，模块直流电源输出端可以瞬间输出300V的直流电压，该电压可以使得真空接触器瞬间吸和，当宽电压电源模块检测到真空接触器吸和后，电源输出端将由300V自动转变为12V直流输出，让真空接触器保持吸和状态，如图1所示：

图1 ABB Vx系列真空接触器宽电压电源模块工作原理（改造前）

3 宽电压电源模块故障分析

厂家原装供电模块和接触器线圈只通过2根线连接，根据查询资料得知：合闸时，电源模块输出300V直流电压要保持在l5ms左右时自动变为12V，因为接触器吸合过程中，大电流持续时间过长会烧损保险和合闸线圈，过短则接触器不能吸合。

由于供电模块和接触器只有两根电源连接，据此我们推断该电源切换是靠其内部特有功能来实现的。当输出有大电流时，DC300V经过15ms切换为DC12V电压，如果输出DC300V电压没有及时实现向DC12V切换，宽电压供电模块本体保险会很快熔断，我们经过对事故原因分析及对现场仔细观察发现，若输出一直保持DC300V电压输出，更换保险后再试仍然会熔断，因此就可以判断宽电压供电模块已经不能正常工作了。其根本原因在于该电源模块输出DC300V电压时间过长，而不能及时切换为DC12V电压输出，故导致输出大电流持续时间过长而熔断保险，进而烧坏电路，最终造成接触器释放而停机。为了进一步研究故障发生的深层原因，我们将设备拆开进行研究，拆开后发现该接触器安装在高压真空接触器本体内部，并且宽电压电源模块内部的所有元器件均被用环氧树脂密封起来了，这样一来，宽电压电源模块产生的热量就很难散发出去。电源模块在运行过程中会产生较多的热量，如果散热条件不好，热量不断积累，会加速电源模块本身的老化，缩短其使用寿命。这正是问题的关键症结所在。

4 电源模块改造方案及工作原理

在进行电源模块改造前，每当宽电压模块损坏后，只有从原厂家购买新的模块来替换，该宽电压供电模块价格较高，单价约合人民币7800元，是一笔不小的费用。为改变这一现状，笔者与同事一道经过摸索设计出一套改造方案：首先从市场上购买（而不是从原厂家即ABB公司购买）普通的DC300V和DC12V两种电源模，再增加一定控制回路，就完全可以替代原厂的宽电压模块。采用一个DC300V电源模块使符合较重的直流接触器线圈-MC1与MC2吸合，同时还要保证接触器在已经完成吸合后，切换使用另外一个DC12V直流电源模块来给接触器线圈-MC1和-MC2供电。吸合完成瞬间，中间继电器KA的常闭接点KA2打开，切断DC300V电源输出，让已经吸合的接触器在DC12V的电压下保持吸合状态。这一切换过程必须符合时间要求（12ms），否则保险还会熔断。只有保证及时切换两个供电电源，才可以保证设备正常工作，改造后的结构如图2所示：

图2 ABB Vx系列真空接触器宽电压电源模块改造后

工作原理示意图

工作原理：当按下开始按钮后，中间继电器KA得电吸合并自保，DC300V电源模块（1）工作并输入300V直流电源，真空接触器线圈-MC1和-MC2得电，进而真空接触器吸合，MC（真空接触器的辅助常开触点）动作，中间继电器KA2得电吸合，其辅助常闭KA2触头打开，断开DC300V向-MC1和-MC2输出12V直流电源，电路自动转换为DC12V电源模块（1）工作，接触器完成启动过程，并启动状态自动切换为运行状态，在两电源模块切换过程中，如果直接只用一个-MC辅助触点切换，偶尔会造成接触器跳跃现象。为了解决这一问题，保证真空接触器吸合后两个电源可靠切换，我们设计了中间节电器KA2实现真空接触器线圈供电无缝衔接。另外，为了防止切换两种供电电压时发生DC12V电源被DC300V电源反送电而损坏的现象，采用两个二极管D1和D2来隔离两个直流电源。如此就可以保证两个电源模块正常工作。

综上所述，本改造方案其实就是将一个原本由ABB专用宽电压供电模块完成启动长时间工作的运行模式，改为两个电源模块完成启动分时间段运行模式。且两个模块可以安装在启动柜外面，改善了工作环境，也方便了人工检查，大大延长了真空接触器整体的使用年限，在投资极少的情况下，还可将一批因宽电压模块损坏而闲置的开关重新投入使用。

5 结语

通过对ABB Vx系列真空接触器开关电源模块的改造，取得了以下成果：（1）替代的电源模块可安装在启动柜外面，极大地改善了散热条件，有效地降低了故障率，同时也方便随时检测检修，从而大大延长了接触器的使用寿命；（2）经济效益十分显著。一个宽电压供电模块的单价在7800元人民币左右，而改造后使用的电源模块单价近100元左右，可以大大节省成本支出，再加上缩短停机时间所带来的潜在经济价值，此项目的确不失为一个很值得推广的项目。

参考文献

[1] 王佳.电工常识[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2] 吴雪琴.电工技术[M].北京：北京理工大学出版社，2006.

（责任编辑：周 琼）endprint