户内交流高压真空断路器常见故障

2022-08-12齐婷婷秦向宏

设备管理与维修 2022年13期

齐婷婷，秦向宏

（宝鸡钛业股份有限公司，陕西宝鸡 721014）

0 引言

ZN63A 型户内交流高压真空断路器是三相交流50 Hz、额定电压为12 kV 的户内装置，用于万吨自由锻压机高压电机的启动、停止、控制和保护。交流高压真空断路器在企业生产中担当着重要的角色，及时准确解决交流高压真空断路器故障，快速恢复生产是企业发展所需。由于在高压电机启动/停止中，高压真空断路器频繁动作，电气元件损坏、机械部分磨损均是高压真空断路器无法正常合闸的重要原因。分析并解决此类故障，对保障企业生产具有十分重要的意义。

1 交流高压真空断路器工作原理

1.1 灭弧室

万吨压机所用ZN63A 型户内高压真空断路器配有陶瓷真空灭弧室，其动触头结构为为杯型，采用铜铬材料制成，该触头电磨损率低，电寿命长，耐压水平高。该灭弧室可以做到真空灭弧室内部气体压力低于1.33×10-3Pa 时，正常储存年限不低于20 年的基本要求，灭弧室的动作寿命不低于断路器的机械寿命次数。

1.2 灭弧原理

万吨压机所用ZN63A 型户内高压真空断路器在完成分闸操作时，动、静触头在操动机构作用下带电分闸，在触头间将会产生真空电弧。由于动触头的杯形构造，在动触头间隙内产生纵向磁场，纵向磁场使得真空电弧保持扩散型，并使电弧温度均匀地分布在触头外表，维持较低的电弧电压。真空电弧被断路器采用纵向磁场控制，分断电流的能力强而稳定。

1.3 动作原理

1.3.1 储能动作

将高压开关柜上的旋钮旋至“储能”位置，储能电机开始运转，储能轴上的挂簧拐臂顺时针转动，拉伸合闸弹簧，合闸弹簧拉至限位，储能完成。同时，与储能轴连接的拨板带动储能标志，指示储能到位。储能是为合闸做准备（图1）。

图1 储能指示

1.3.2 分、合闸动作

（1）合闸动作。储能到位后，在万吨操作室维护电脑“Motor”界面逐一启动高压电机，电机启动信号经MCC 柜至VFS 软启动柜，VFS 软启动柜继电器模块经计算，检测无误后，将合闸信号输出至高压柜，高压柜收到合闸信号，经综保在合闸条件满足的情况下，合闸电磁铁得电，推动电动合闸弯板转动，完成合闸动作。

（2）分闸动作。合闸动作完成后，在万吨操作室维护电脑“Motor”界面逐一停止高压电机，电机停止信号经MCC 柜至VFS 软启动柜，VFS 软启动柜继电器模块经计算，检测无误后，将分闸信号输出至高压柜，高压柜收到分闸信号，经综保在分闸条件满足的情况下，分闸电磁铁得电，推动脱扣弯板转动，带动分闸半轴松开并顺时针方向转动，完成分闸动作。

（3）分/合闸操作方式。ZN63A 型户内交流高压真空断路器均有手动分/合闸，电动分/合闸两种操作方式。

1.4 断路器巡检与维护

1.4.1 日常巡检

（1）检查高压真空断路器操作机构是否正常，合闸指示是否正确。

（2）各种联锁保护及信号继电器是否正常。

（3）电流表、电压表、综保、各种指示灯是否正常。

1.4.2 经常性的检查

（1）断路器投用以后应按照有关的运行规范对断路器进行经常性的检查。

（2）每周维护日，在主机停机状态下，将高压柜旋钮旋至“就地”，将断路器小车从“工作位置”退出至“试验位置”，检查断路器小车各电气，机械元件是否完好。

（3）检查各部件螺栓的紧固情况，及时拧紧松动的螺栓。经常检查储能电机，合闸线圈，分闸线圈的运行工况。

1.4.3 清洁和润滑

（1）在主机设备检修时，将断路器手车从“工作位置”退出至“试验位置”，再从“试验位置”拉出至专用转用车上，对该断路器进行清扫，以保持绝缘件、导电件表面的清洁。

（2）对断路器各传动部位，涂德国进口润滑脂。

（3）对断路器触头部位，涂抹新的导电膏。

2 交流高压真空断路器常见故障

（1）高压真空断路器不能正常储能。原因分析：储能用微动开关S1 坏，导致储能电机不能正常运行，无法正常储能；高压真空断路器试验位/工作位限位接点故障，导致储能电机不能正常运行，无法正常储能；驱动储能轴上的挂簧拐臂断，储能电机转，合闸弹簧不拉长，无法正常储能。

（2）高压真空断路器储能正常，无法合闸。原因分析：微动开关S1 坏，储能电机正常储能后，S1 接点未闭合，导致无法合闸；高压真空断路器工作位限位接点故障，没有正常闭合，导致无法合闸；与断路器主轴连动辅助开关QF 故障，导致无法正常合闸；机械凸轮连杆断，导致机械机构无法完成正常合闸操作。

（3）高压真空断路器不能正常分闸。原因分析：分闸线圈烧，无法电动分闸；与断路器主轴连动辅助开关QF 故障，导致无法正常电动分闸。

（4）高压真空断路器小车不能推进、退出。原因分析：断路器处于合闸状态；推进手柄未完全插入推进孔；推进机构未完全到试验位置，致使舌板不能与柜体解锁；柜体接地刀未分开。

3 高压真空断路器常见故障与维修案例

（1）WEG 400C/D/E-06 万吨压机450 kW 6 kV 高压电机无法正常启动。该高压电机采用高压软启动器启动，启动之前主电机高压柜旋钮由“就地”位置打到“远方”位置。其启动原理如图2 所示。

图2 高压开关柜合闸示意

经过诊断，发现启动过程中，PLC 已将电机启动指令给至软启动器，软启动器接到合闸指令，继电器控制板通过运算，输出合闸指令至高压柜，但高压柜未执行合闸指令。

检查过程如下：①高压柜储能指示灯亮，高压真空断路器已储能；②用多用表测量国电南自综保ln4X1，ln4x6端子之间电压，是否为DC 220 V，测量后，发现电压正常；③检查手车运行位置指示灯，指示灯亮，说明高压真空断路器处于工作位；④旋钮处于“远方”位置，指示正确；⑤再次远方合闸，高压真空断路器依旧不动作；⑥将旋钮旋转至“就地”，将手车从工作位揺至试验位，拆下插头，测量插头10#、20#端子，发现这两个端子电阻很小，正常情况下应为12 000 Ω，说明闭锁电磁铁线圈烧；⑦在试验位先储能，测量S1 微动开关，工作正常；⑧在试验位置先储能，将闭锁接点手动闭合，测量插头4#、14#端子电阻为198 Ω，合闸线圈正常。

经过以上诊断可知，因闭锁电磁铁线圈故障，导致合闸回路开路，不能满足正常合闸的条件，更换闭锁线圈后，将小车推入“工作位置”，旋钮旋至“远方”位置，合闸正常，电机正常启动。

（2）万吨压机450 kW 6 kV 高压电机无法正常启动。检查发现，高压柜储能指示灯灭，储能电机带动挂簧反复储能，均无法正常储能。将储能旋钮拨至“Off”，工作由“远方”旋至“就地”，将断路器小车从“工作位置”退出至“试验位置”进行检查，发现驱动储能轴上的挂簧拐臂断，储能电机转，合闸弹簧不拉长，无法正常储能。更换储能轴及挂簧拐臂，储能正常，电机启动正常。

（3）万吨压机450 kW 6 kV 高压电机无法正常启动。进入高压配电室，检查高压柜发现，储能指示正常；在万吨操作室，按下合闸按钮，高压真空断路器依旧不能正常合闸。通过高压柜LED灯指示，高压真空断路器处于“工作位置”，限位指示正常。将高压柜旋钮由“远方”打至“就地”，将该断路器由“工作位置”退出至“试验位置”，当高压柜LED 指示灯显示为“试验位置”后，打开高压柜断路器室柜门，拔下插头，测量4#、14#插针之间的阻值，阻值无法测出，该回路开路；测量微动开关S1，发现微动开关S1 接点故障，更换后，该断路器合闸正常，高压电机启动正常。

（4）高压真空断路器在合闸之后又分闸。万吨压机450 kW 6 kV高压电机为PLC 两个输出点输出，当两个点输出都为高电平时电机启动，当两个点输出有一个或同时为低电平时停止。经过诊断，PLC 两个高电平输出信号正常，两个高电平信号给至VFS 软启动器继电器模块，继电器模块通过运算，将进线断路器合闸指令通过输入输出模块给至断路器，高压真空断路器合闸。VFS 在二级变频启动过程中，启动电流为1.5Ie，输出启动转矩为90%Te，但因启动过程负载故障，启动过程超过启动时间，VFS 软启动器发出跳闸信号，高压真空断路器接到跳闸信号，立即分闸。

进入万吨泵站，手动盘电机，电机带动油泵卡滞；将电机和油泵完全脱开，用手可轻松盘动电机输出轴，而油泵输入轴完全卡死。将油泵进行拆解并检修，恢复高压电机输出轴和油泵输入轴锁紧装置连接，检查无误后，重新启动。高压电机启动信号正常，高压真空断路器合闸正常，电机运行正常。该故障是由于外部负载故障，引起高压真空断路器在合闸之后又分闸，导致高压真空断路器无法正常工作。

（5）高压真空断路器合闸后无法正常分闸。出现此类故障，一般是由于电动分闸失效，只能手动分闸。该故障是由于分闸线圈烧坏，或转动式辅助开关QF 故障引起。该辅助开关QF 有8对常开触点和8 对常闭触点。

万吨压机450 kW 6 kV 高压电机共有16 台，有16 台户内交流高压真空断路器与之对应，在使用过程中，因频繁启停，高压真空断路器在运行过程中出现各类故障，针对故障现象，具体分析，提出有针对性的维修策略并及时修复，提高设备利用率。

交流高压真空断路器的运行状况直接影响万吨压机的生产进度。通过强化设备的日常维护和故障处理，对故障进行分类分析、整理、总结，在故障判断时可以缩小故障点的范围，增加故障判断的准确性，提高检修效率；在维护时可以做到精准维护，降低维修人员劳动强度，减少检维修时间，使设备运行更加安全和经济。