近年來，KYN28－12型中置式開關(guān)柜，又稱鎧裝移開式交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備，其結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，封閉性好，手車可以互換，所有設(shè)備操作都可以在柜門關(guān)閉狀態(tài)下進(jìn)行，運(yùn)行安全可靠，在變電站10kV 配電系統(tǒng)中備受用戶歡迎。

ABB公司生產(chǎn)的VD4型真空斷路器由于“五防”功能齊全在開關(guān)柜所配置手車式真空斷路器中得到了廣泛應(yīng)用。但是由于開關(guān)柜部分閉鎖元件原因，會(huì)出現(xiàn)在操作和試驗(yàn)過程中合閘閉鎖電磁鐵線圈燒毀而導(dǎo)致斷路器無法合閘的現(xiàn)象。

1 故障過程和現(xiàn)象

某日19：12，220kV××變電站1號(hào)主變后備保護(hù)動(dòng)作，1號(hào)主變10kV側(cè)65A開關(guān)跳閘，10kV I段母線失壓。現(xiàn)場人員判斷為10kVI段母線上白云線613線路故障，白云線613開關(guān)拒動(dòng)引起越級(jí)跳閘。故障點(diǎn)隔離后準(zhǔn)備對(duì)10kVI段母線送電，65A開關(guān)無法合閘送電。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)1號(hào)主變10kV側(cè)65A開關(guān) “控制回路斷線”光字牌亮，斷路器合閘指示燈滅。

1號(hào)主變10kV側(cè)65A開關(guān)柜采用廈門 ABB公司生產(chǎn)的VD4 型真空斷路器。其合閘操作回路見圖1，從圖中可以看出合閘必須具備3 個(gè)條件：(1) 操作回路有控制電壓；(2) 斷路器處于已經(jīng)儲(chǔ)能的狀態(tài),即合閘回路中的S1儲(chǔ)能輔助開關(guān)閉合；(3) 手車在工作位置或試驗(yàn)位置，斷路器處于分閘狀態(tài)，輔助開關(guān)S3閉合；合閘閉鎖電磁鐵Y1帶電動(dòng)作，合閘閉鎖電磁鐵輔助開關(guān)S2閉合。此時(shí)若有合閘命令，合閘線圈帶電，斷路器合閘。

圖1 VD4型斷路器的合閘操作回路（部分）

打開1號(hào)主變10kV側(cè)65A開關(guān)柜進(jìn)行檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)閉鎖電磁鐵Y1線圈燒毀（現(xiàn)場沒有焦糊味），合閘線圈回路的S2 閉鎖電磁鐵的輔助開關(guān)接點(diǎn)沒有閉合，合閘回路不具備合閘的必備條件，而且手動(dòng)合閘也被鎖死，無法合閘。

2 故障原因分析

從上面的分析來看，本次故障的主要原因是閉鎖電磁鐵Y1線圈燒毀，電磁鐵無法勵(lì)磁啟動(dòng)，閉鎖了斷路器的合閘回路，導(dǎo)致斷路器無法合閘送電。

從故障現(xiàn)象來看，電磁鐵線圈被燒毀，現(xiàn)場沒有聞到焦糊味，可以判斷電磁鐵線圈在斷路器斷開前已經(jīng)損壞，不存在斷路器分閘瞬間燒毀的可能。一般情況下，檢修工作需要將設(shè)備保持檢修狀態(tài)幾個(gè)小時(shí)，甚至幾天時(shí)間，如果沒有將控制電壓斷開（或取下二次插頭）, 合閘閉鎖電磁鐵一直處于勵(lì)磁狀態(tài)，電磁鐵內(nèi)部線圈長時(shí)間通電而發(fā)熱燒毀。

VD4 型真空斷路器采用閉鎖電磁鐵是通過其動(dòng)鐵心與斷路器合閘脫扣板進(jìn)行配合，來實(shí)現(xiàn)合閘閉鎖控制，控制原理如圖1所示。當(dāng)開關(guān)柜處于試驗(yàn)狀態(tài)時(shí)，斷路器輔助開關(guān)S3閉合，從而接通合閘閉鎖電磁鐵電源，使閉鎖電磁鐵勵(lì)磁動(dòng)作，合閘閉鎖電磁鐵輔助開關(guān)S2閉合，接通合閘操作回路；當(dāng)斷路器處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，斷路器輔助開關(guān)S3斷開，閉鎖電磁鐵Y1失去勵(lì)磁，輔助開關(guān)S2斷開，閉鎖斷路器合閘回路。

因此，當(dāng)斷路器在熱備用（或試驗(yàn)）狀態(tài)時(shí)，閉鎖電磁鐵線圈由于長時(shí)間通電易導(dǎo)致質(zhì)量下降而發(fā)熱燒毀。另外，由于斷路器在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)只能判斷分閘回路，無法監(jiān)視合閘回路，所以當(dāng)閉鎖電磁鐵線圈損壞時(shí)，對(duì)于運(yùn)行狀態(tài)中的斷路器，此故障較難發(fā)現(xiàn)。

只有當(dāng)斷路器分閘后，才能通過“控制回路斷線”光字牌，斷路器合閘指示燈滅發(fā)現(xiàn)閉鎖電磁鐵線圈損壞的問題，可能造成緊急情況下無法及時(shí)送電的隱患。

3 常見的幾種處理方法

方法1：最簡單的方法是更換一個(gè)新的電磁鐵

但不能從根本上解決電磁鐵線圈經(jīng)常燒毀問題。由于正常情況下的檢修工作需要將設(shè)備保持檢修狀態(tài)幾個(gè)小時(shí)，甚至幾天時(shí)間，合閘閉鎖電磁鐵一直處于勵(lì)磁狀態(tài)，電磁鐵內(nèi)部線圈長時(shí)間通電，該線圈到底能帶多長時(shí)間的電往往取決于線圈的質(zhì)量。同時(shí)，這種處理方法存在一個(gè)隱患，就是緊急情況下斷路器分閘后由于電磁鐵燒毀不能立即送電的故障。

方法2：人工勵(lì)磁

當(dāng)出現(xiàn)緊急情況下需要正常送電，又出現(xiàn)閉鎖電磁鐵故障導(dǎo)致的電氣回路不通時(shí)，此時(shí)沒有備品更換，可在工作位置拆下操動(dòng)機(jī)構(gòu)外殼，用螺絲刀頂住電磁鐵Y1，人工強(qiáng)制吸合，此時(shí)即可操作，需要特別強(qiáng)調(diào)的是，這種方法僅限于非常緊急情況下采用，待備品到位后應(yīng)立即更換。

方法3：改進(jìn)操作方式，盡可能減少電磁鐵通電時(shí)間

由于斷路器在運(yùn)行過程中，閉鎖電磁鐵線圈是不帶電的，一旦斷開，閉鎖電磁鐵就帶電，只有將控制電源斷開或取下二次插頭，閉鎖電磁鐵才不帶電。但是，按照無人值班設(shè)計(jì)的變電站，遠(yuǎn)方遙控開關(guān)后誰來將控制電源斷開或取下二次插頭，這樣的操作要求限制了VD4 型真空斷路器在變電站的應(yīng)用。

方法4：取消閉鎖電磁鐵

由于閉鎖電磁鐵不能長期帶電，一旦燒毀又導(dǎo)致無法操作合閘。因此，取消閉鎖電磁鐵后，合閘回路不在受閉鎖電磁鐵的輔助開關(guān)閉鎖。但是，這種方法是以犧牲合閘回路的防誤閉鎖為代價(jià)，存在帶負(fù)荷操作開關(guān)小車的安全隱患。

4 改進(jìn)措施

從上面的4種常見處理方法來看，無法是更換電磁鐵線圈，還是改進(jìn)運(yùn)行人員操作方式，減少電磁鐵通電時(shí)間，都無法解決合閘閉鎖電磁鐵損壞的根本問題。由于電磁鐵線圈發(fā)熱效應(yīng)是由其功率的大小和工作時(shí)間的長短所決定。

如果長時(shí)間通電時(shí)，減少通電過程中的電磁鐵功率，就可以有效延長電磁鐵的壽命，降低易發(fā)熱燒壞的幾率。因此，利用電磁鐵在吸合時(shí)候的工作電壓（或勵(lì)磁電流）比維持它吸合的工作電壓（或勵(lì)磁電流）高的特性，在VD4 型斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的閉鎖電磁鐵勵(lì)磁回路中串聯(lián)一個(gè)阻容回路，就可以有效解決通電后電磁鐵的功率大小問題，其控制原理如圖2所示，直接在電磁鐵線圈串聯(lián)一個(gè)限流電阻R并接一個(gè)電容C。

圖2　電磁鐵勵(lì)磁控制回路的改進(jìn)

啟動(dòng)：由于電磁鐵動(dòng)鐵心動(dòng)作瞬間，需要較大的啟動(dòng)電流。當(dāng)斷路器分閘脈沖發(fā)出后，輔助開關(guān)S3閉合，二極管V1導(dǎo)通，電磁鐵線圈帶電，這個(gè)時(shí)候由于電容上電壓瞬間不能突變，電容相當(dāng)于短路，回路中所有的電壓直接加到電磁鐵線圈兩端上（相當(dāng)于勵(lì)磁控制回路改進(jìn)前的情況），電磁鐵勵(lì)磁動(dòng)作，通過其動(dòng)鐵心動(dòng)作，啟動(dòng)與斷路器合閘脫扣板，使輔助開關(guān)S2閉合，并接通合閘操作回路。

接下來，電容充電至穩(wěn)定狀態(tài)相當(dāng)于開路，限流電阻分壓，故電磁鐵線圈上的壓降降低到電磁鐵維持吸合狀態(tài)（相當(dāng)于最終力狀態(tài)，與電磁鐵的工作氣隙δ有關(guān)），電路正常工作。

斷開：當(dāng)斷路器合閘后，其輔助開關(guān)S3斷開瞬間，電磁鐵線圈產(chǎn)生反電動(dòng)勢，二極管給了它一個(gè)泄放回路，以保護(hù)電磁鐵線圈；同時(shí)，限流電阻R此時(shí)作為電容C的放電回路。

5 結(jié)束語

5.1可靠性

通過串聯(lián)阻容回路可有效減少電磁鐵線圈的通電功率，降低線圈長時(shí)間通電的發(fā)熱溫度，起到了延長閉鎖電磁鐵線圈壽命的目的，縮短了變電站的送電時(shí)間，提高了送電成功率。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

串聯(lián)一個(gè)阻容回路所需要的費(fèi)用和更換一個(gè)新的電磁鐵的費(fèi)用相比顯示出了經(jīng)濟(jì)實(shí)用，大大減少了備用閉鎖電磁鐵線圈的投資費(fèi)用；同時(shí)，回路改進(jìn)后減少了合閘閉鎖電磁鐵線圈燒毀事故的發(fā)生，相應(yīng)的增加了變電站售電電量，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

5.3 安裝方便

增加串聯(lián)一個(gè)阻容回路，只需要對(duì)回路中的電磁鐵線圈、整流器的接線進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整就可實(shí)現(xiàn)。并且回路改進(jìn)可結(jié)合開關(guān)年檢進(jìn)行，只需要幾分鐘的時(shí)間。

綜上所述，通過對(duì)電磁鐵線圈回路的改進(jìn)，串聯(lián)一個(gè)阻容回路可以有效減少電磁鐵線圈的通電功率，減少了合閘閉鎖電磁鐵線圈燒毀事故的發(fā)生，并且安全可靠，經(jīng)濟(jì)方便，加強(qiáng)了斷路器的運(yùn)行穩(wěn)定性，是改造斷路器，加強(qiáng)其運(yùn)行能力行之有效的理想方案。

（本文選編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“VD4型真空斷路器合閘閉鎖電磁鐵燒毀現(xiàn)象分析及改進(jìn)”，作者為陳建平、黃志杰。）