10kV真空断路器分合闸线圈烧毁原因分析及处理

10kV真空断路器分合闸线圈烧毁原因分析及处理
摘要：本文以VSEP系列真空弹簧机构断路器为例，对导致真空弹簧机构断路器
分合闸线圈烧毁的原因进行了分析，并针对缺陷原因提出了处理措施，以此来预
防和减少类似故障的发生。

关键词：断路器；线圈烧毁；VSEP系列。

0、引言
针对日常班组处理缺陷统计，其10kV真空断路器分合闸线圈烧损的缺陷率占据了首位位置，分别是2014年26起，2015年18起，2016年21起，其中合闸
线圈烧损率占其85%。

缺陷故障率高，将增加了检修的工作量、生产成本和非计
划停电次数，直接影响了电力系统的供电可靠性。

因为10kV出线直接影响到数
以万计的用户，为了提高电力系统的供电可靠性，我们必须对此类缺陷的原因进
行深入的研究分析，并提出有效的解决措施，尽可能的减少类似故障的发生，下
面以VSEP型真空断路器为例来进行研究分析。

1、VSEP系列断路器
1.1分析故障原因前，先来了解VSEP型断路器机构的工作原理。

真空断路器
操作机构，如下图：
真空断路器操动机构（图1）
①储能电机及手动储能孔位②传动链条③储能弹簧④储能保持掣子及
顶轴⑤滚轮⑥凸轮⑦电气闭锁线圈⑧合闸半轴联板⑨辅助开关、拐臂头、连杆⑩分闸半轴联板⑪分闸半轴
1.2真空断路器操作机构工作原理：
储能：储能电机或者是手动储能①，能带动传动链条②带动储能轴跟随传
动并通过拐臂拉伸对储能弹簧③进行拉伸储能，到达储能位置时，储能轴与链轮传动系统脱开储能保持掣子④顶住滚轮⑤，保持储能位置。

同时，储能到位后
辅助接点闭合，电机回路断电后储能电机停止工作，如是手动储能，位置到达后
储能机构将进行脱扣空转。

合闸：合闸操作分电动和手动，其工作原理就是让其合闸触板带动合闸半轴
运动，让合闸半轴另一边的储能保持掣子④脱扣滚轮⑤，合闸弹簧释放能量收
缩同时通过拐臂使储能轴和轴上的凸轮⑥转动，凸轮⑥又驱动连杆机构带动连
接头和动触头进入合闸位置，并压缩触头弹簧，保持触头所需接触压力。

手动合
闸和电气合闸的区别就在于：电气合闸是利用合闸线圈通电击打触动合闸半轴联
板动作，但电气合闸必须通过电气闭锁⑦才能可靠动作，而手动合闸就是手动来让合闸半轴联板动作。

分闸：可人工触按分闸按钮即分闸半轴联板⑩带动分闸半轴⑪脱扣，也可
靠电气程序分闸线圈得电或过流脱扣电磁铁动作使合闸保持掣子与半轴脱扣而实
现分闸操作。

由触头弹簧和分闸弹簧储存的能量使真空灭弧室动静触头分离。

2、分、合闸线圈烧毁举例及分析
2.1 真空断路器的分合闸线圈
在真空断路器的弹簧操作机构中，分、合闸线圈不是断路器动作的直接动力，而是直接接在控制回路中，作用于分、合闸半轴联板，使储能弹簧的能量得以释放。

分、合闸线圈是在被施加额定电压和额定电流后，产生击打分、合闸半轴联
板的冲击力，打开闭锁弹簧能量的掣子扣接，实现分、合闸的。

分、合闸线圈的
作用时间很短，一般是几十毫秒，分、合闸线圈只需在这个瞬间提供一个打开保
持掣子扣接的动力，这个动力来源于分、合闸线圈的旋转磁场，即通过线圈的电流，因此分、合闸线圈的额定电流通电时间短。

如果线圈通过较大的电流或者长
时间通电，线圈就会发生过热而烧毁。

线圈一般烧损时间为4~6秒之间。

即假设
机构故障，使分合闸线圈得电后不能瞬时实现机构脱扣，线圈通电超过4秒后烧
损几率将增大。

2.2 分、合闸线圈烧毁缺陷的原因分析
导出近年来广东汕尾地区10kV真空断路器合闸线圈烧坏缺陷进行统计分析，并结合2.1节对分、合闸线圈的作用原理进行分析，总结出分、合闸线圈烧坏的
原因有以下几点：
1)分、合闸线圈电阻变大或者端电压不足，都会使通过分、合闸线圈的电流
较小，以致线圈产生的磁场作用在分、合闸顶杆的作用力不足，不能正常打开保
持掣子，导致分、合闸线圈由于长时间通电而烧毁。

2)断路器的操动机构故障。

㈠、分、合闸半轴转动卡涩；㈡、分闸触板⑩角
度过高，分闸线圈冲杆行程过短，使其无法对在有效的行程内对分闸触板进行击
打脱扣，这些都将导致分、合闸线圈长时间通过电而不能瞬时使保持掣子脱扣，
进而将烧坏线圈。

3)弹簧储能故障。

㈠、储能电机故障、储能弹簧断裂、与储能机构联动的辅
助开关故障。

在弹簧未储能情况下合闸，合闸线圈将一直通电，持续通电将造成
合闸线圈烧毁。

㈡、储能电机故障没有足够的力量储能拐臂到位后与保持掣子保
持合适的扣接量，使合闸线圈通过额定电压和额定电流时所产生的冲击力不足以
使保持掣子脱扣，导致线圈长时间通电而烧毁。

4)断路器的辅助开关故障、或拐臂头及连杆故障。

如真空断路器操作机构（图）辅助开关⑨，如果该辅助开关故障或常闭、常开触点异常或者是拐臂头及连杆脱落，使开关机构分合闸位置无法通过辅助开关进行正确表示，分、合闸线
圈将会持续通电，进而造成线圈损坏。

5)电气闭锁装置故障。

电气闭锁即断路器在试验或工作位置时，接通电源，
合闸闭锁电磁铁吸合，解除限位锁对限位杆限制，从而使断路器合闸，但电气闭
锁线圈异常，不能正常工作，导致限位杆不能拉起，导致无法合闸，而合闸线圈
将由于长时间通电后烧毁。

3、处理措施
3.1 日常检修维护需注意的问题
针对此类断路器的分、合闸线圈烧毁缺陷，可从以下几个方面加以维护处理，以减少此类现象的发生。

1)线圈质量控制，线圈直阻、动作电压测试必须达到规定的技术要求（最低
动作电压：分闸不得低于额定电压30%，合闸不得低于额定电压80%—85%），
达不到要求的，需及时更换线圈或对操作机构进行调节。

2)操作机构检修时，对弹簧操动机构的断路器进行机构清扫检查，对关键部
位加润滑油维护，如分、合闸半轴、滚轮、储能链条等，保证操作机构的动作灵活，避免由于机构卡涩造成断路器无法分合闸。

3)注意检查滚轮、储能弹簧、储能保持掣子、储能电机、顶轴、分闸半轴联板、合闸半轴联板等零部件外观是否完好，如性能若有异常，需及时进行备品更换。

4)保持开关柜内清洁干燥及定期机构维护，有效防止辅助开关触点粘连、拐
臂头及连杆脱落、合闸电气闭锁线圈等故障，另外，结合保护定检等工作，加强
断路器的辅助开关、触点检查，及时发现隐患。

5)运行人员或检修人员搬运断路器手车时要注意安全，防止其受到强力的冲
击而受损，确保断路器手车进出自如，如果推进或推出受到阻力时，应停止操作
并进行检查，分析原因，不宜强行操作，以免使手车元件受到机械损伤。

3.2 保护分合闸线圈的改进设想
通过对分合闸线圈烧毁的原因进行分析，不难得出，导致线圈烧毁的根本原
因是其通电时间过长，所以考虑改造合闸控制回路，防止分、合闸线圈持续通电，达到保护线圈目的和提醒运检人员进行机构检查作业，减少事故的发生。

因合闸
线圈烧损的比例占据绝大部分比例，因此以合闸线圈为例，设想了2种改善措施
来防止线圈由于通电时间过长、温度过热而烧损的方法：
第一：在断路器的合闸控制回路加装一个时间继电器，并串接一对延时常闭
接点。

设置固定时间断开控制回路。

第二：在断路器的合闸控制回路加装一个热敏继电器，温感探头设计探测合
闸线圈温度。

设置固定温度，达到后断开控制回路。

下面以VSEP型断路器的控制回路为例进行加装时间继电器改进，如图2所示。

改进的控制回路图（图2）
S9：辅助开关（当VSEP在工作位置时切换），S2：辅助开关，S1：辅助开关（合闸弹簧储能后切换），QF：辅助开关（分合操作时切换），HQ：合闸线圈，R0、R1：电阻，Y1：闭锁线圈，ZKL2~ZKL3：桥式整流器，JP1~JP11：跳线，FJ：
防跳继电器
改进后的控制回路如图3所示，在合闸控制回路加装一个时间继电器，并串
接一对延时常闭接点。

根据VSEP断路器的厂家说明书及检验报告，额定合闸时
间为45±10ms、分闸30±10ms，而线圈在通电4-6s后才会烧毁，所以将时间继电
器延时断开时间整定为2s。

断路器合闸时，导通合闸回路，同时启动时间继电器KT，如果合闸回路导通
达到2s，时间继电器动作，其延时接点KT1将断开，切断合闸控制回路，以防止
线圈烧毁。

另外，还可以接入信号回路，提醒运行人员及时到现场查看情况，以
便采取相应措施。

第二种，在控制回路加装热敏继电器的原理大致一致。

只是前者用时间控制，后者用温度控制。

4、结论
本文以VSEP系列断路器为例，对弹簧操动机构断路器分、合闸线圈的烧毁故障进行了分析，总结了发生故障的几个原因，主要是线圈本身电阻变化、电压不足、操动机构的机械故障、储能机构、二次回路故障等。

针对故障的主要原因提
出了在日常维护检修过程中需注意的几个方面，并提出了一种在控制回路加装时
间继电器、热敏继电器的改进方法，简单实用，希望可以有效减少线圈的烧毁故障，提高供电的可靠性。

参考文献
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