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ZN12-10型真空断路器常见故障的原因分析及处理 |
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| ZN12-10型真空断路器常见故障的原因分析及处理 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 10:03:08  |
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摘要：对ZN12- 10型真空断路器的整体结构和操动机构的工作原理进行简单介绍，对真空断路器在实际运行中出现的故障进行详细分析，并提出解决方案。
关键词：断路器； 故障； 分析； 处理
ZN12 - 10 型系列真空断路器为额定电压10 kV、三相交流50 Hz 的户内高压开关设备，是我
国早期引进德国西门子公司技术制造的产品。
某公司厂用电系统共安装此系列断路器30 余台，在长期的维护和检修工作中，我们成功处理了数起断路器的故障，积累了丰富的检修经验。目前，换代后的断路器在性能上有了一定的改进，文中所述内容也已基本解决，但笔者的分析对改进后的断路器仍具有很好的借鉴作用。
1 断路器的整体结构
断路器的整体呈V 型“悬挂式”结构，如图1 所示，3 只真空灭弧室通过铸铝合金的上、下出线端用6 只环氧树脂浇注的绝缘子悬挂在手车框架的前方。上出线端直接通过拐臂与上隔离触头相连，下出线端上装有软联接，软联接的一端通过拐臂与下隔离触头相连， 另一端直接固定在真空灭弧室动导电杆的导电夹上。在导电杆的底部装有万向杆端轴承，该杆端轴承通过轴销与三角形变直杠杆相连，杠杆通过轴销与3 根绝缘拉杆相连，操动机构就是通过这3 根绝缘拉杆经摇臂滑块变直机构使断路器分、合闸的。
为了保证断路器有较低的截流水平（3～4 A） ，真空灭弧室采用材料为铬铜合金的杯状触头。
2 常见故障原因分析及处理
2. 1 不储能
（1） 电机不转动
储能电气回路如图2 所示，微动开关上的常闭触点WK1 、WK2 接触不良，将造成储能电机的两端电压过低直至无电压，使电机无法转动。另外电机碳刷与换向器接触不良、绕组烧坏等将会直接造成电机不转动。
发现电机不转动后，将断路器一、二次回路电源全部切断，用万用表测量微动开关的常闭触点WK1 、WK2 ，如电阻较大，则应对其进行清洗或更换；然后测量电机绕组的电阻，若电阻不正常，则应考虑电机绕组的引线处是否脱焊，电机绕组是否烧坏。紧急情况下，可先更换储能电机备品，然后对换下的电机进行维修。若是直流电机，还应检查碳刷与换向器的接触情况，若接触不良，应更换碳刷。
（2） 电机转动不停而弹簧储不上能
此故障发生在储能机构。在实际工作中，此类故障多数是由于棘爪的压紧弹簧疲劳、折断、脱落造成的；也有少数是由于棘爪的端部严重磨损造成的。电机转动时，棘爪与凸轮上的缺口接触处由于以上原因会出现打滑现象，造成储能轴不停转动，弹簧储不上能。而WK1 、WK2 又将始终处于闭合状态，以致电机转动不停。
发生故障后，首先检查棘爪的压紧弹簧是否有问题，若损坏，可用专用工具对其进行更换；若压紧弹簧正常，可用手动摇把摇动储能机构，看轴套是否转动，若轴套不转动，则为减速箱内的蜗轮、蜗杆等部件故障，应更换减速箱； 若轴套转动，则摇动25圈，看棘爪是否进入了凸轮缺口，棘爪与缺口的接触是否良好，然后继续摇动，看棘爪与缺口接触是否打滑，如接触不良而出现打滑现象，应更换棘爪。
2. 2 合闸失败
2. 2. 1 原因分析
合闸成功的关键在于合闸电磁铁能否可靠地释放合闸弹簧的能量，及分闸掣子能否将分闸滚子可靠地锁住，为此分析如下。
（1） 控制回路故障。合闸电气回路如图3 所示，可见微动开关WK3 的常开触点接触不良、防跳跃继电器ZLC 的常闭触点接触不良、辅助开关HK的常闭触点接触不良、联锁限制开关WK8 的常开触点接触不良，都可能造成合闸电磁铁HQ 的线圈无电压或电压过低，使断路器拒合。
（2） 合闸电磁铁烧坏、脱落或卡涩，将直接造成断路器合闸机构不动作。部分合闸电磁铁由于超期服役及周围环境的影响（灰尘、高温等） ，容易造成线圈烧坏；电磁铁脱落则是由于断路器在分、合闸操作中产生的振动造成的，长期的振动可使电磁铁的固定螺丝产生松动，直至脱落；卡涩有时是由于灰尘等原因造成，有时则是由于铁心端部弯曲造成的。
（3） 合闸滚子和合闸掣子由于长期的摩擦，表面难免有凹凸现象，这样就使得合闸滚子和合闸掣子脱离时的摩擦力增大；另外，合闸滚子或合闸掣子因缺油或灰尘等原因，也会引起转动困难。所有这些都可能造成合闸电磁铁带电保持而断路器拒合。
（4） 分闸掣子或分闸滚子表面磨损量过大，或分闸掣子位置调整不当，使分闸滚子和分闸掣子间的扣入深度减少。当对断路器进行合闸操作时，分闸滚子在主轴带动下使分闸掣子抬起，而分闸掣子下落时产生的弹跳极有可能使分闸滚子在下落时失去支撑，造成断路器合闸失败。
（5） 分闸掣子组件的回转弹簧疲劳，或回转轴卡涩，在对断路器进行合闸操作时，分闸滚子使分闸掣子抬起，待触头闭合，分闸滚子回落到位时，分闸掣子因以上原因没有回转到位，使分闸滚子失去支撑，断路器跳闸。
（6） 机构箱内三角形杠杆上的滚针轴承（合闸滚轮） 损坏。当合闸掣子释放合闸滚子时，凸轮空转，连杆不动作，断路器拒合。
2. 2. 2 处理
打开机构箱，手动释放合、分闸弹簧的能量。
（1） 检查微动开关WK3 的常开触点、防跳跃继电器ZLC 的常闭触点、辅助开关HK的常闭触点、联锁限制开关WK8 常开触点接触是否良好，如有接触不良现象，应对其进行清洗或更换。
（2） 检查机构箱内三角形杠杆上的滚针轴承（合闸滚轮） 是否损坏，如损坏则进行更换：首先拆去连杆与主轴拐臂间的轴销，使连杆处于自由状态，然后向前下方拉动连杆至易于更换轴承的位置，拆去旧轴承，在新轴承内部加适量润滑油后，重新装回，最后装上连杆。
（3） 检查合闸电磁铁： ①用万用表测合闸电磁铁线圈的电阻，如电阻偏离正常值过大，则应更换合闸电磁铁； ②检查合闸电磁铁有无松动和脱落现象，如松动、脱落则进行紧固； ③检查合闸电磁铁的动铁心有无卡涩现象，如有则将合闸电磁铁拆下，抽出动铁心，用酒精擦洗电磁铁内部和动铁心上的污迹，然后看动铁心端部有无弯曲现象，如弯曲则对其进行校
正或更换新的合闸电磁铁。
（4） 检查合闸滚子及合闸掣子的表面有无裂痕及凹凸现象，合闸滚子转动时有无卡涩和偏心现象。转动时卡涩，可对其进行清洗、加油；如转动时偏心或表面有裂痕及凹凸现象，则应更换相应部件。
（5） 检查分闸掣子和分闸滚子：用撬棍轻轻撬动断路器主轴，至合闸位置。检查分闸掣子与分闸滚子的扣入深度是否在1/ 2～3/ 5 的全碰面范围之间，分闸掣子的位置是通过调节螺丝来调整的，旋进则扣入深度减少，旋出则扣入深度增加；如用调节螺丝无法将扣入深度调节到上述范围内，则为分闸掣子或分闸滚子磨损量超标，应更换相应部件。
（6） 检查分闸掣子组件：看回转轴是否卡涩，如卡涩则对回转轴进行清洗、加油；如不卡涩可考虑分闸掣子组件的回转弹簧疲劳，更换回转弹簧。
注意：经以上处理后，必须对该断路器进行低电压试验，合格后方能投入运行。
2. 3 拒分
2. 3. 1 原因分析
分闸成功的关键在于分闸电磁铁能否成功地释放分闸弹簧的能量，为此分析如下。
（1） 控制回路故障：分闸电气回路见图4 ，辅助开关HK的常开触点接触不良，使分闸线圈TQ 上无电压或电压过低，将造成断路器拒分。
（2） 分闸电磁铁卡涩、脱落、烧坏等，造成断路器拒分。
（3） 分闸滚子和分闸掣子的表面有凹凸现象，使二者分离时的摩擦力增大，造成分闸电磁铁带电保持而分闸机构拒动。
（4） 分闸滚子及分闸掣子转动轴因缺油或灰尘等原因而转动困难，造成分闸电磁铁带电保持而分闸机构拒动。
由于后3 个原因的细致分析与断路器合闸失败中的相应部分极为相似，故在此不再赘述。
2. 3. 2 处理
打开机构箱面板，手动释放分闸弹簧能量。
（1） 检查分闸回路中辅助开关HK的常开触点接触是否良好，如接触不良，应进行清洗或更换。
（2） 检查分闸电磁铁： ①用万用表测分闸电磁铁线圈的电阻，如烧坏则更换分闸电磁铁； ②检查分闸电磁铁有无松动和脱落现象，并对其固定螺丝进行紧固； ③检查分闸电磁铁的动铁心有无卡涩现象，如有则拆下分闸电磁铁，抽出动铁心，用酒精擦洗电磁铁内部及动铁心上的污迹，动铁心端部如弯曲，则对其进行校正或更换新的分闸电磁铁。
（3） 检查分闸滚子及分闸掣子组件：对表面有凹凸现象及裂痕的部件进行更换；对分闸滚子及分闸掣子转动轴进行清洗、加油。
（4） 做低电压试验合格。
2. 4 导电回路电阻超标
2. 4. 1 原因分析
该型断路器导电回路电阻出厂标准为25 μΩ ，检修标准为30μΩ。在对断路器的检修中，曾发现过数起导电回路电阻超标问题，最大电阻达296μΩ。经检查发现，真空灭弧室上部的接触面与上出线端之间仅有一颗固定螺栓，操作时产生的振动极易造成该螺栓松动；导电夹固定螺丝松动及触头拐臂与上、下出线端的接触面氧化，从而使接触电阻增大，最终造成导电回路电阻超标。
2. 4. 2 处理
对真空灭弧室上部的固定螺栓及导电夹固定螺丝进行紧固，如电阻仍然超标，则应怀疑触头拐臂与上、下出线端的接触面氧化，这时可将触头拐臂拆下，用金相砂纸将氧化层去除后，重新紧固即可。
2. 5 绝缘拉杆疲劳、断裂
此类故障都发生在绝缘拉杆与调节螺杆的连接处，故认为问题在绝缘拉杆的锁紧螺母上。由于操作过程中产生的振动，造成锁紧螺母松动，致使绝缘拉杆与调节螺杆的连接处在分合闸操作后产生衰减式振动，最终导致绝缘拉杆疲劳，直至断裂。
处理： ①更换绝缘拉杆； ②调试三相行程、超行程在技术条件范围内； ③做机械特性试验合格。
2. 6 分闸、合闸后均储能
（1） 原因分析
该型断路器在合闸后机构即储能。合闸时，合闸弹簧能量被释放，微动开关复位，储能电机电源接通，合闸弹簧储能。分闸时，释放的是分闸弹簧的能量，合闸弹簧能量应保持，微动开关的常闭触点处于断开状态，储能电机不应动作。
发生分、合闸皆储能的故障后，对断路器进行了认真的检查，发现机构合闸掣子与合闸滚子间的扣入深度过小（其原因有3 个方面：合闸掣子变形、合闸掣子磨损量超标、合闸滚子磨损量超标） ，分闸时产生的振动造成合闸掣子释放合闸滚子。由于断路器此时没有分闸到位，机构处于合闸与分闸状态之间，凸轮转动时不能压到三角形杠杆的滚针轴承（合闸滚轮） 上，致使合闸弹簧释放能量，连杆机构不动作，表面现象是断路器分闸，储能电机动作。
（2） 处理
检查合闸掣子与合闸滚子中有无磨损量超标的情况，合闸掣子有无变形。如有应更换相应部件，然后做低电压试验，应合格。
2. 7 真空灭弧室真空度降低
在对断路器进行耐压试验时，发现有少数真空灭弧室断口间的耐压不合格。当拆去绝缘拉杆与变直机构相连接的轴销，用手拉动真空灭弧室的动导电杆时，与新真空灭弧室相比，感觉拉力明显减小。
真空灭弧室波纹管的一端与下法兰盘焊接，另一端与动导电杆焊接。当对断路器进行分合闸操作时，波纹管随动触头上下运动而被压缩或拉伸。随着操作次数的增多，波纹管及其焊接处易产生金属疲劳，造成轻微漏气，真空灭弧室失效。这种情况应作如下处理： ①更换真空灭弧室； ②调试三相行程、超行程在技术条件范围内； ③做机械特性试验合格。
3 减少断路器故障发生率的措施
（1） 对操作频繁的设备，可适当缩短检修周期。
（2） 对停役的设备进行必要的清理、检查、加油，防止因灰尘等原因引起的转动困难。
（3） 日常维护工作中，应加强对紧固件的检查，防止紧固件松动。
（4） 加强对真空断路器的绝缘测试。
（5） 注意对真空灭弧室磨损量标志点进行查看，防止磨损量超标。
（6） 对开关室进行封闭和加装冷却设施，以改善设备的运行环境。
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