浅析框架式断路器故障维修案例和维护检测

陈会梓

（民航华东空管局技术保障中心区管动力设备室，上海 200335）

1 引言

常用的空气断路器有塑壳式空气断路器和框架式空气断路器，其中框架式断路器额定电流大、分断能力强，可安装多种功能的脱扣器和辅助节点。因此其往往作为保护较大容量的低压电气设备，使其免受过电流、欠电压，短路等不正常情况下的危害。一旦发生故障性跳闸，便会带来非常大的影响。本文对框架式断路器发生的典型故障进行分析，对今后框架式断路器维护检测提供参考建议[1]。

2 框架式断路器保护单元故障引起误动作

2.1 事件经过

某地配电房发生市电进线框架断路器跳闸事件，由于该台站另一条线路处于供电部门检修状态，因此造成该台站市电停电[2]。由于柴油发电机组启动供电，没有造成严重后果。在排除外部故障前提下运行人员应急将库存备用断路器替换并恢复送电。

2.2 故障排查分析

该型开关为 ABB,型式：F,型号：F4S5000R4000PR1/PCD3P,断路器整定参数：L段过载长延时0.7IthA曲线，S段短路短延时6Ith D曲线，I段速断保护15Ith,G段OFF。当时断路器跳闸前运行电流大致在1800A左右，末端设备运行正常，配电房也无异味，跳闸后总进线断路器蓝牌弹出，现场运行人员应急调用备件断路器恢复了供电。故障断路器整定电流为0.7倍额定电流，跳闸前实际运行电流只达到了整定值的64%，参考L段电流动作曲线,正常情况下未达3360A断路器不应动作，参考S段定时限根据整定需达到24kA才会驱动短路保护动作，I段速断保护根据整定需达60kA才会驱动短路保护动作，现场情况也排除了该断路器出口端及未端设备短路导致开关跳闸的可能，故障基本锁定为断路器本体。

图1 框架式断路器蓝牌弹出

2.3 设备检测

根据之前的现象断路器跳闸唯一能让蓝牌弹出的只有保护脱扣器驱动脱扣线圈YO1动作，因此将断路器检测重点放在测试脱扣器及CT，对于保护单元测式，由于过流L段保护曲线是反时限特性，其时间电流特性曲线满足T=K/I2。为能准确检测出保护单元的动作特性是否正常，则必须采取同一特性曲线上测试不同电流段的方式来进行检测，为能达到测试的准确性，本次通过对图2保护脱扣器检测同一段保护段测试3种电流。

图2 PR1/P保护脱扣器

脱扣器检测流程：

①使用ABB专用TS3检测装置检测PR1/P脱扣器L/S/I三段曲线。

②用万用表检测A、B、C三相CT阻值是否平衡。

图3 现场检测

2.4 L段脱扣曲线示例（图4）

图4 R4000PR1/PCD3P L段脱扣曲线示例

2.5 检测结果

经过对保护脱扣器测试并记录相应数据,发现存在异常情况。

测试表中脱扣器L段过流保护根据反时限特性T=K/I2在3倍In(额定电流)时动作时间应为10000ms,但实际动作值为1226ms。当1倍In动作电流下脱扣器应不动作，但测试结果在8200Ms时断路器动作，存在低于额定电流运行[3]。

CT测试数据：A相79.7,B相79.8,C相79.9

图5 R4000PR1/PCD3P L段脱扣曲线示例

通过检测发现框架式断路器保护脱扣器失效，运行多年后内部元器件处于劣化阶段，直接影响脱扣器的动作特性，使脱扣器的脱扣曲线偏离正常值，造成了在额定电流以下运行，出现脱扣器动作的情况[4]。在确定故障原因后,更换了框架式断路器的保护脱扣器，保证了断路器的正常使用。

3 框架式断路器操作结构故障导致自动合闸故障

3.1 事件经过

某地配电房发生几台框架式断路器都自动合闸故障现象，即断路器自动储能后操作机构合闸，而后继续储能后发生自动合闸现象。由于框架式断路器不停进行自动合闸，导致其外壳出现破损。由于断路器后端均为重要回路，现场运行人员及时断开断路器储能回路电源，暂时性消除了断路器自动合闸现象[5]。

如图6所示拆除最左侧U1/U2储能马达回路电源线。

图6 断路器最左侧接线端子储能马达回路电源线

3.2 故障排查分析

对负载进行计划停电，断路器退出运行后进行检测，存在问题：

①手动完成储能后，操作机构无法自锁，储能弹簧能量直接释放导致断路器合闸机构频繁自动合闸；

②出现故障的E1N800A断路器储能后，操作机构自动合闸，内部操作机构部分机构出现卡锁现象，导致三连杆无法自锁，直接释放；但操作机构尚未损坏；

③出现故障的断路器储能后，操作机构自动合闸，内部操作机构部分机构出现卡锁现象，导致三连杆无法自锁，直接释放；操作机构右侧支撑板已损坏变形，无法保证以后机构的可靠性；

图7 断路器操作机构右侧支撑板变形

④断路器储能电机、分合闸线圈动作性能基本正常,主触头形态完好，引弧触头测试间隙基本正常,绝缘检测正常,保护脱扣器功能曲线检测正常。

3.3 故障原因

根据维修设备以上故障现象和设备检测情况，故障现象主要为主操作机构无法自锁，导致了断路器储能动作完成后，立即自动释放，从而引起断路器自动合闸故障。部分机构因此导致机构变形，出现不同程度的损伤[6]。由于操作机构内部部分元件缺乏润滑，导致部分机构卡死，从而引起机构无法有效可靠的复位，从而引起断路器误动作现象出现。因此框架式断路器需定期维护，保证内部操作机构的良好性能。尤其是断路器背部操作机构需要深度维护，保证断路器操作机构的可靠性。断路器使用一定年限后，随着断路器设备使用的年限不断增加，设备元件和元件中所用的润滑油出现老化和润滑油干涩生成的油渍导致内部操作机构某些元件卡锁现象，从而引起本故障现象的发生。

后续对框架式断路器已出现机构损坏的元器件进行更换维修，再对断路器进行相关性能测试，确保断路器修复并且断路器所有性能正常，从而保证断路器的可靠运行[7]。

可见断路器本身质量原因概率较低，而由于机构内部润滑脂干涩的油渍引起的故障概率较高。框架式断路器需每两年进行一次深度维护，以保证设备动作的时效性和及时性，避免因故障出现后，设备机构相关元件损坏，负载断电影响扩大。

如图8为断路器老化曲线，可见在有无预防性维护的情况下，断路器本身性能的变化曲线。

图8 断路器老化曲线

综上所述，断路器在整个生命周期过程中，电气设备的稳定性随着使用年限的增加逐渐降低。电气设备老化的主要因素：环境因素（温度、湿度、灰尘、腐蚀性气体…），使用条件（分断电流、操作次数、谐波…）等等因素。同时恶劣的环境和使用条件一定会加速设备的老化、磨损、甚至发生故障。根据断路器生命周期规律，制定预防性维护检测计划，建议每两年对框架式断路器定期进行预防性维护可以提升断路器稳定性能，延长其使用寿命。对于短路、跳闸或恶劣环境等情况，应适当考虑缩短维护周期。

其中主要包含四个方面：

①触头检测，包括使用专用设备检查动静触头动作配合情况、接触情况（如检查接触电阻等），平整、校验触头，改善触头状态，必要时更换触头；

②机构检测，包括机械储能，分、合断路器，观察、测试机构关键部件运行状态，专业润滑，调整或更换故障的机构零件；

③电气和机械附件功能检测，包括检查电气和机械附件及其连接，包括CT、二次接线、分合闸线圈、脱扣线圈、机械联锁等，确保各项附件能提供正确的功能，保证断路器的可靠运行；

④保护特性检测，包括使用专业仪器对脱扣单元进行测试，检查脱扣器动作曲线，防止拒动、误动，确保脱扣器能提供正确的保护功能。

因此开展框架式断路器有效的预防性维护检测，可以使其更好的可靠运行，同时可适当考虑增加框架式断路器备件。避免故障性停电或长时间停电对运行对负载带来极大的影响[2]。