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10kV 高压真空断路器的检查维护方案

作者：张文宙日期：2015-01-19 10:03 来源：《电子制作》

广东电网有限责任公司江门供电局广东江门 529000

【文章摘要】
10kV 高压真空断路器是有效控制电力系统的关键性电器，在运行和操作过程中发现断路器及自带操动机构，小问题不断。本文检修专业出发，介绍10kV 高压真空断路器的结构与检查维护方案。
【关键词】
高压真空断路器；操动机构；检查；维护
0 引言
随着10kV 高压真空断路器技术的成熟，我国电力企业使用的10kV 开关柜广泛采用高压真空断路器（以下简称断路器），断路器自身带操动机构。开关柜型号种类和形式繁多，组成部分和机构原理复杂，加上长时间保持运行状态，缺少停电维护的机会，其运行和操作过程中，常见分合闸拒动、机构未能正常储能、隔离开关或小车开关分合不到位等故障，影响用户供电可靠性。据统计，某地市供电局近3 年消除10kV 开关柜缺陷99 起，其中断路器缺陷93 起，占总数的94%。从上述消缺情况说明，断路器是10kV 开关柜的薄弱环节，对于一线检修人员来说，加深对断路器的认识，提高检查维护的水平，确保开关柜正常动作的可靠性，成为一个重要的课题。
目前，变电站内最常见的是ZN28-12 系列断路器，并自配CT19 弹簧操动机构。本文以此为例，简述断路器的结构，提出检查维护方案。
1 断路器结构及分合闸原理
1.1 断路器本体结构
断路器结构的侧面视图及相关元件说明（见图1）。
1.2 操动机构合闸操作原理
机构“合闸操作”时的状态（见图2）。
合闸电磁铁操作：机构接到合闸信号以后合闸电磁铁的动铁芯推动脱扣板3 转动也即带动合闸半轴转过一个角度，这样合闸半轴上开口处与扇型板的扣接脱开，从而使凸轮上的滚子8 与定位件7 的储能维持解体，凸轮在合闸簧的作用下转过一定角度带动五连杆机构完成合闸操作，连锁板10 与此同时，机构输出轴转到合闸位置将9 扣住，板9 是固定在合闸半轴上的，这样合闸半轴就不能再转动，达到机械连锁的目的，即保证机构处于合闸位置时不能再实现合闸操作。
合闸按扭操作：安装在面板上的合闸按扭往里按动时推动脱扣板3 转动，完成合闸操作。
1.3 操动机构分闸操作原理
机构完成“分闸操作”的状态（见图3）。
分闸电磁铁操作：同合闸操作一样机构接到分闸信号以后，分闸电磁铁1 的动铁芯推动脱扣板3 转动，带动分闸半轴也转过一定角度，使半轴对扣板4 的扣接解除，完成分闸动作。
分闸按钮操作：安装在面板上的分闸按钮往里按动时，直接推动分闸电磁铁上的顶杆，顶杆再推动分闸半轴上的脱扣板实现分闸动作。
2 检查维护方案
为保证断路器检查维护的系统性、规范性、可靠性，必须从断路器的本体外观、关键元器件和部件、机械性能等方面开展深入、全面的分析，并制定检查维护方案。
2.1 准备工作
断路器检查维护前的工作准备必须关注四个点内容：一是，办理工作票和安全措施；二是，工器具和人员合适；三是，技术资料和作业表单齐全；四是，操动机构已释能。
为保证人员安全，操动机构检查前必须先释能，确保断路器处于分闸状态，并且储能弹簧无能量，通过手动储能后，合闸—分闸—合闸—分闸循环。
准备的工具及耗材包括：1. 凡士林； 2. 润滑脂；3. 抹布；4. 百洁布；5. 手锤； 6. 游标卡尺；7. 油性笔；8. 撞针；9.17- 19 棘轮扳手；10.17-19 开口扳手；11.13 梅花扳手；12. 力矩扳手；13. 套筒扳手； 14.17-19 套筒头；15. 十字螺丝刀；16. 一字螺丝刀；17. 万用表；18. 开关特性测试仪。
2.2 外观检查
断路器外观检查由整体到局部，有主到次可分为十个步骤：
1) 拍照收集资料—对机构铭牌，分合闸线圈、储能电机、行程开关、辅助开关、整流板等，机构全景拍照。（1）拍照记录机构内结构和各项元器件，建立档案为运维提供资料。（2）检查断路器机构箱底部无碎片，各元件无异味。
2) 检查分合闸按钮、位置指示牌、储能指示牌、计数器、指示灯等。（1）分合闸按钮应无松脱现象，分合位置指示牌应到位，并与断路器机构位置一致，无明显歪斜现象。（2）断路器储能指示灯状态应与机构上指示的储能位置一致。（3）计数器应动作正常。（4）控制面板指示灯、储能开关、远方/ 就地转换把手等正常动作和指示。
3) 检查分合闸脱扣板、脱扣半轴、脱扣滚轴。（1）检查分合闸脱扣板应无磨损变形，扣脱扳机弹簧性能良好。（2）脱扣半轴调节位置符合低电压动作值，脱扣滚轴灵活和无破损变形。（3）脱扣部件动作灵活，无松动、卡阻、生锈、油泥等。
4) 检查开口卡簧、挡片、轴销、固定螺丝、分合闸弹簧。（1）检查操动机构内各开口销、挡片、轴销、螺丝等有无在震动中断裂、松动脱出现象。（2）检查分闸弹簧、合闸储能弹簧有无变形、锈蚀现象。
5) 检查分闸缓冲器。（1）检查缓冲器应无漏油痕迹，缓冲器内部油为无色透明液体。（2）红色标记区所示的密封面表面应无油污、油渍。（3）缓冲器固定轴，挡圈应正常。（4）固定螺丝应紧固，正常压缩弹起。
图1 断路器结构图
图2 机构合闸操作示意图
6) 检查整流板、辅助转换开关、微动开关、分合闸线圈、电机、航空插头。（1）检查整流板接线端子有无松动，板整体固定有无震脱。（2）检查辅助转换开关接线端子有无松脱，转动拐臂有无裂纹断裂。（3）检查微动开关固定和接线端子有无松脱，动作开关是否正常复位。（4）检查分合闸线圈表面有无脱皮烧黑、撞针有无锈蚀，无异味。（5）检查电机固定座螺丝有无松脱，输出转轴有无走位，无异味。（6）插头接线无裸露、金属软管与插头衔接无裂痕，插芯安装倾斜与外壳间隙均匀，插芯编号方向一致且插芯编号与断路器插座配良好。
7) 检查压紧弹簧、绝缘子拉杆、传动导杆及其固定螺丝。（1）检查压紧弹簧、绝缘子拉杆有无变形松动现象，将直接影响分合闸速度和三相同期。（2）真空泡传动导杆是否竖直，其固定螺丝有无松动。
8. 检查检查灭弧室外观、磨损状况及真空度。（1）真空泡表面应没有水滴、湿气、尘埃附着；无变色及破损；真空度为1.3×10ˉ4Pa~1.3×10ˉ3Pa。（2）对于较频繁操作的断路器当发现其接触行程小于规定值的一半，且磨损红线已看不到，就有可能是灭弧室的烧损量太大，需更换真空灭弧室。（3）断路器处于合闸状态时，看到图示损耗红线。
9) 检查导电系统——动静触头、触指及箍紧弹簧。（1）导电件表面无腐蚀严重、损伤、严重过热痕迹、镀银层磨损、触头弹簧变形、触头插入深度检查等。（2）检查静触头，若静触头表面腐蚀严重、损伤、严重过热痕迹、镀银层磨损等，则需要更换静触头。（3）触头插入深度和相当位置度符合标准要求，即静触头的插入深度为25~35mm，检查经出台产生的痕迹深度为9~19mm。
10) 检查绝缘保护件。（1）绝缘件表面无水滴、湿气、尘埃附着，无破损、发黑。（2.）检查绝缘件无破损、裂纹及放电痕迹及碳化现象；固定可靠无松动；表面污秽程度满足规定要求。（3）清理的方法：使用干净不易脱纱的毛巾或绸布进行擦拭，对无法直接擦拭的部位可采用干燥的压缩空气吹尘，特别需要注意的是对于粘性很大的污秽不能用水清洗, 应使用酒精打湿擦拭。
检查过程注意项：环氧板断面切口处绝缘难处理，易受潮造成绝缘下降，不能作为的主绝缘。
2.3 关键点维护
结合日常运行、检修过程中发现的故障，归纳出8 项维护关键点：
1) 对推送车、开关小车、导轨、活门挡板进行维护。（1）手车推进拉出机构: 构各部件紧固连接可靠，无松动、变形现象；手车在推进拉出过程中无卡滞；工作、试验位置开关指示正确。（2）推送车后面的两个定位销和锁定钩与开关柜体密切良好接触后，操作推送车前面的黑色操作球柄，将推送车后面锁定钩与开关柜体锁为一体，锁定后才能操作开关小车的左右底盘拉手，同时用脚顶住推送车防止其滑出，将开关小车送入开关柜。（3）活门机构各部件紧固连接可靠，无松动、变形现象；手车在推进拉出过程中活门机构动作正常无卡滞；活门无断裂或变形。（4）检查活门传动连杆有无变形，固定螺丝有无松脱，其直接关系活门是否顺利开启。
2) 对操动机构传动部件进行维护。（1）机构箱传动部件应外观正常，各轴销、螺丝如有松动，需用力矩扳手进行紧固。（2）机构内各开口销、挡卡、弹性销等如有松动脱出，需进行紧固或更换部件。
3) 对操动机构转动部件进行维护，对转动部件进行清洁和除锈处理，重新润滑。（1）对所有传动部件用酒精去除原有油污，重新润滑，重点合分闸锁扣、滚轮（半轴）、凸轮、主轴。（2）润滑油（脂）使用要适量，润滑油太多会污染周围环境，甚至会导致不必要的电气故障，润滑脂太少则可能阻碍传动部件的可靠。
4) 对机构内固定螺丝进行维护。（1）机构内螺栓应无松动和锈蚀现象。用力矩扳手对断路器本体支架连接螺栓及导电部件进行紧固，力矩值应满足： M4:1~1.5N.m ；M5:2~3N.m ；M6:4~5N. m ；M8:8.8~10.8N.m ；M10:17.7~22.6N.m ； M12:31.4~39.2N.m。（2）关键部位螺丝应划线标记是否移位。
5) 对断路器分闸油缓冲器、分合闸弹簧进行维护。（1）紧固缓冲器固定座，清除缓冲器漏油，缓冲器密封面应涂压氧胶。（2）紧固断路器分合闸弹簧固定螺丝, 对弹簧本体进行清污和除锈。
6) 对机构凸轮和各传动部件磨损部位进行维护。（1）对储能电机转动不到位，齿轮内部固定环断裂等现象，进行更换处理。（2）对合闸储能弹簧转轴轴套磨损，导致储能不到位现象，更换轴套。
7) 对容易引起分合闸故障的脱扣板、滚轴、闭锁杆，操作把手进行维护。（1）检查断路器掣子、滚轮装置应转动灵活、正常，无锈蚀，表面应无严重磨损，用高倍放大镜观察表面应平滑、无凹痕，必要时要进行硬度测试，表面硬度应达到HRC58- 62。（2）对磨损的脱扣板进行更换，防止其合闸立即跳闸的现象。（3）对影响分合闸的闭锁连杆和钢丝绳、操作转换把手进行维护，防止其影响正常分合闸操作。
8) 对整流板、辅助转换开关、微动开关、分合闸线圈、电机、航空插头进行深度维护。（1）对整流板松动接线端子、整体固定进行紧固，检测电压正常。（2）对辅助转换开关松脱接线端子紧固，测量各对接点开闭正常。（3）对微动开关固定和接线端子进行紧固，测量开关动作正常。（4）对分合闸线圈表面进行清洁，对撞针灵活性处理，测量电阻值偏差。（5）对电机固定座螺丝进行紧固，检测电机动作的时间和声音。（6）对插头接点的绝缘进行测量，各接点之间绝缘大于2 兆欧。
2.4 测量测试
为确保断路器的性能符合运行需要，必须从5 方面开展进行测量、测试。
1) 主回路电阻测量。（1）主回路电阻值应满足相关出厂参数要求，且三相电阻相差不能超过5%。（2）参考值：1250A 及以下≤ 45μΩ，4000A， 3150A ≤ 25μΩ。
2) 分、合闸线圈低电压动作值测量。（1）合分闸线圈脱扣应能在其标准规定值范可靠动作。（2）合闸脱扣应能在其交流额定电压的85% ～ 110% 范围或直流额定电压的80% ～ 110% 范围内可靠动作。（3）分闸脱扣应能在其额定电源电压的65% ～ 120% 范围内可靠动作，当电源电压低至额定值的30% 或更低时不应脱扣。（4）分合闸线圈直流电阻应满足标准要求。
3) 断路器机械特性测量。（1）分、合闸同期性应满足≤ 2mm。（2）合闸弹跳时间应满足≤ 2ms。（3）分闸反弹幅值小于开距的20%。（4）超程、开距、合、分闸速度时间满足断路器的出厂检验报告参数要求。
4) 一二次回路绝缘测试。（1）断路器工频耐压值42kV 应无击穿闪络，二次回路绝缘电阻值不小于2MΩ。（2）对清洁后的断路器根据相关标准要求进行工频耐压试验（如断口、相间及相对地），若无法通过则需要进行排查；若耐压能通过，则需要再次对各相按相关标准要求用兆欧表进行检查，发现绝缘电阻低于标准要求的则需要进行排查和更换。
5) 五防机械联锁测试。（1）小车柜：底盘车与断路器联锁功能检查是否正常工作。断路器只有在底盘车工作及试验位置才能合分闸；断路器在合闸位置底盘车不能摇进摇出工作。（2）固定柜：操作方式转换把手动作正常灵活，隔离开关操作转盘到位无卡滞。只有断路器分闸时才能合分隔离开关。
3 结语
只有日常规范、完善、细致的检查和维护，确保断路器的安全运行，才能确保10kV 开关柜的安全性能，才能保证用户供电可靠性，使电网正常运行。
【参考文献】
[1] 广电电器有限公司．《ZN28-12 系列户内高压真空断路器安装使用说明书》．
[2] 杨永星．山西省芮城供电支公司．《浅谈10KV 真空断路器的应用》．
[3] 高春梅．宁夏电力公司银川供电局．《高压真空断路器故障分析及处理措施》．
【作者简介】
张文宙（1982—），男，广东江门人，工程师，硕士，主要从事变电检修、安全监察。
图3 机构分闸操作示意图