220 kV断路器分闸线圈烧毁分析与预防

吴 闯

(国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司，江苏 镇江 212000)

0 引言

高压断路器作为电网设备中必不可少的开关电器，要求必须能长期可靠工作，且在故障情况下实现自动快速分断。断路器分合闸操作的可靠性与其操作机构、控制回路密切相关，作为断路器控制回路中的重要元件，分合闸线圈经常会因辅助触点故障粘连、操作机构机械故障使分合闸辅助触点无法断开等原因，造成线圈长时间通电而烧毁[1]。

1 断路器故障简述

某日，金凤变电站220 kV金永4Y63线路改造后启动投运。当用金永4Y63开关对线路冲击一次正常后，调度发令拉开金永4Y63开关。运行人员执行该项操作任务后，金永4Y63开关C相机构拒动，开关非全相保护动作，继而C相两组分闸线圈烧毁。

2 断路器故障检查与分析

2.1 系统运行情况

金凤变除待充电的金永4Y63间隔运行于220 kV副母线，其余出线均运行于220 kV正母线，220 kV母联2510开关投入运行，金永4Y63线路保护尚未启用，其断路器过流保护投用；220 kV母联2510开关过流保护启用，220 kV母差保护接信号。若冲击时线路发生故障，依靠两台开关的过流保护切除故障，运行方式如图1所示。

图1 一次系统运行方式

2.2 保护动作情况

金永4Y63开关分闸操作后A，B相正常分闸，C相未变位。站内设备及线路设备均无故障，过流保护未动作。此时，开关非全相保护动作跳闸出口。在C相仍未分闸后，非全相保护动作条件仍然满足，在一定时间内持续发出跳闸信号。

2.3 现场检查情况

2.3.1 保护装置检查

检查保护装置发现金永4Y63开关PCS-931G及PSL603U线路保护装置异常告警，报“开关本体三相不一致保护动作”；CZX-12G操作箱上A，B，C三相跳闸信号灯、回路监视灯均熄灭，屏后两组直流控制电源空开跳开。

2.3.2 一次设备检查

现场检查开关位置，发现金永4Y63开关A，B两相处于分位，C相在合位状态，开关发生非全相故障。待实施安全隔离措施后，打开C相机构箱，有烧糊气味，发现两组分闸线圈均已烧毁。进一步解体检查发现C相传动机构因生锈卡死。

2.4 保护动作过程分析

2.4.1 开关机构卡死

金永4Y63开关间隔扩建施工结束距离投运日期已有半年，由于机构箱密封条性能不佳，经过汛期及夏季高温天气后，箱内持续受潮；加之备用间隔的加热电源、除湿电源均未投用，导致断路器传动机构被潮气侵蚀，继而生锈。虽投运前做了设备检查及保护联跳试验，但在投运时发生了机构卡滞。

2.4.2 非全相保护动作

对空载线路进行冲击时，当4Y63开关C相机构卡死拒分，母联2510开关及4Y63开关的过流保护仅监测到C相很小的空载电流，过流(零序)保护不足以动作；且此时线路保护尚未启用，线路保护不会动作，断路器失灵保护也不会启动。但是，开关本体三相不一致满足动作条件，启动了跳闸回路，跳4Y63开关，如图2所示。

图2 断路器本体三相不一致回路

断路器本体三相不一致保护采用的是开关辅助接点，其常开接点并联、常闭接点并联后再串联。当开关实际位置发生三相不一致后，启动时间继电器，经延时后启动出口继电器，跳开断路器。因此，在C相机构卡死常开辅助接点导致接点闭合、A，B相分开后其常闭辅助接点闭合的情况下，本体三相不一致启动，跳闸一直保护出口。

2.4.3 分闸线圈烧毁

4Y63开关为阿海珐GL314型开关。根据其工作原理，当断路器处于合闸位置时，断路器常开辅助接点闭合，一旦保护分相跳闸接点动作，跳闸回路接通，跳闸保持继电器动作并由继电器接点实现自保持，直到断路器跳开，辅助接点断开。

本次故障中，当4Y63开关本体三相不一致保护动作跳开关时，C相机构保持卡死状态，断路器常开辅助接点不能断开跳闸回路，使得两组分闸线圈长期通电，最终被击穿短路，造成两组直流控制电源空开跳开，操作箱上分合闸位置指示灯熄灭。

3 线圈烧毁原因分析

断路器分合闸线圈都是按短时通电设计的。一般线圈电阻为100～200 Ω，且线径细、匝数多，正常情况线圈带电时间不超过1 s。当二次回路中的电流无法被正常切断时，线圈长时间带电将产生大量热量，致使线圈烧毁[2]。

3.1 电磁铁自身故障

由断路器机构的工作原理可知，若电磁铁的固定螺栓松动，将造成电磁铁整体产生位移，导致铁心撞击力度或角度不对而使分合闸失败。电磁铁铁心锈蚀后，将造成铁心活动卡涩。线圈本身老化或者铁心的活动冲程过小，也会造成铁心顶不动脱扣机构而使线圈长时间通电烧毁[3]。

3.2 传动机构故障

断路器传动连杆机构在安装调试过程中，由于保持挚子与滚轮接触位置过高，或转动连杆调整位置过深，分合闸挡板位置不当等情况，最终都会导致电磁铁铁心顶杆的力度不能使机构及时脱扣，线圈过热而烧毁。

3.3 辅助开关故障

断路器分合闸回路的切断主要依靠辅助开关，正常状态下辅助开关的触点接触良好且在标准范围内。然而实际调整断路器开距和超行程等参数时，会改变断路器分合闸的初始状态，如未对辅助开关分合位置的初始状态做相应调整，分闸时辅助开关触点行程过长，将导致辅助开关不能正常切换分合闸回路而使线圈烧毁[4]。

3.4 分合闸回路电阻偏大

分合闸回路绝缘降低或是线径过细、端子松动锈蚀等造成回路电阻偏大，使得分合闸回路电压有衰减，导致控制电压达不到线圈分合闸电压动作值，线圈长期带电而烧毁。更换分合闸线圈时，不注意断路器动作机构的技术要求，把阻值、线径等条件不匹配的线圈更换上，造成线圈烧坏。

4 防范措施

4.1 正确判断与处理

针对断路器发生三相不一致的故障，可根据现场情况考虑第一时间拉开其控制电源，避免分合闸回路长时间自保持，烧毁线圈或回路元件，尤其是类似断路器空载、一相机构卡死拒分的情形，要及时准确做出判断。异常处理时，要做好风险分析，对断路器操作机构、控制回路逐一进行排查，综合分析。

4.2 加强运维管理

加大对端子箱密封性能、加热器、除湿器及其电源的检查力度，防止发生箱内设备生锈、霉变，而影响设备安全运行。结合断路器预试、小修等停电工作，对断路器传动机构、操作回路进行保养，对生锈部位进行打磨、除锈、润滑，逐一检查回路端子、辅助接点，防止发生机构拒动故障。

4.3 改进分合闸回路

针对分合闸线圈长期通电烧毁的故障，可在断路器控制回路中增加线圈保护元件，如图3所示。断路器在分闸操作过程中，同时启动时间继电器SJ。若因某种原因，造成断路器辅助开关不能正确切换，经过时间继电器SJ延时后(延时整定值大于断路器分闸时间)，由常闭触点SJ代替开关辅助接点DL，将分闸回路断开，使分闸保持继电器返回，避免分闸线圈被烧毁。

图3 改进后的断路器分闸回路示意

此种方案的缺点在于时间继电器的时间整定及配合上比较严格。整定时间太短，断路器辅助接点尚未正常打开，操作回路就已断开，分闸操作不能完成；时间太长，在断路器辅助接点不能正确切换的情况下，仍会引起线圈长时间通电发热。综合考虑断路器分闸时间小于0.1 s，时间继电器SJ的整定时间可设为3 s。同时，由于回路元件增多，带来的故障几率可能增大，增加的功能仅为了降低线圈烧毁的几率，其实用性、经济性有待实践检验。

5 结束语

通过对一起220 kV断路器分闸线圈烧毁故障进行了深入检查，对断路器电磁铁、传动机构、辅助开关、分合闸回路进行分析，查找可能的原因。提出了正确判断并及时断电处置、加强断路器运维管理、增加分/合闸线圈保护元件等防范措施，进一步保障设备安全可靠运行。