(珠海供電局，廣東 珠海 519000)

一起電機問題導(dǎo)致的10kV開關(guān)儲能故障分析與處理

鄭林勝

(珠海供電局，廣東 珠海 519000)

10kV開關(guān)在電力系統(tǒng)、發(fā)電廠、工礦企業(yè)等不同領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，它既可根據(jù)電網(wǎng)運行的需要將一部分電力設(shè)備或線路投入或退出運行，也可在電力設(shè)備或線路發(fā)生故障時將故障部分從電網(wǎng)中快速切除，其安全、可靠的運行對電力系統(tǒng)具有十分重要的作用。本文通過對一起直流電機電刷接觸不良引起的10kV開關(guān)不能正常儲能故障進行分析，介紹了直流電機的原理及結(jié)構(gòu)，同時列舉可能的故障類型及解決方法，從多個角度尋找原因，最終解決了問題，并提出了相關(guān)實用性的建議，對類似的故障處理有著較好的借鑒意義。

10kV開關(guān)；斷路器；直流電機；電機電刷；儲能故障；分合閘

1 引言

開關(guān)柜手車可分為斷路器手車、電壓互感器手車、計量手車、隔離手車等，是電網(wǎng)10kV系統(tǒng)的核心組成部分。手車在柜體內(nèi)有斷開位置/試驗位置和工作位置，每一位置都分別有定位裝置，以確保聯(lián)鎖可靠，手車的操作必須按聯(lián)鎖防誤操作程序進行。各種手車均采用絲桿搖動推進、退出，操作較為輕便、靈活，適合各種值班人員操作。

斷路器的儲能主要是將合閘或分閘彈簧進行拉伸，使之具有相應(yīng)的勢能。儲能彈簧是連接在合閘或分閘機構(gòu)上的，當(dāng)進行合閘或分閘時，相應(yīng)的電磁鐵動作，扣動“扳機”后，合閘或分閘彈簧迅速將斷路器的動觸頭合上或分開，其主要的目的是降低合閘或分閘的電弧存在時間，達到滅弧的目的。本文以電機問題導(dǎo)致的開關(guān)儲能故障為例，對類似的問題進行原因分析及有效的處理方法做出介紹。

2 故障現(xiàn)象

VS1—12/1250型號的開關(guān)西安森源公司產(chǎn)品，出廠時間為2009年9月，合閘、分閘、儲能回路均無整流橋，儲能電機為ZY-CJ06永磁直流電機，操作電壓為直流110V。

2015年11月，運行人員將小車開關(guān)拉至試驗位置時，投上儲能電源把手，儲能電機偶爾可以儲能但出力聲音緩慢。打開小車開關(guān)前蓋板，分合數(shù)次后，機構(gòu)反復(fù)出現(xiàn)不能儲能情況，偶爾可以儲能時，電機轉(zhuǎn)速較慢。手動儲能后，電動分合正常，分、合閘回路正常。

3 故障分析

開關(guān)不能儲能的原因大致可分為電氣類和機械類，具體原因及處理方法如表1所示。

表1 開關(guān)不能儲能的原因

首先分析是否為電氣原因?qū)е拢?/p>

儲能回路通過行程開關(guān)SP1(常閉接點)的開閉狀態(tài)控制。未儲能時，SP1常閉狀態(tài)，在儲能控制電源投上后，即可儲能；儲能后，儲能壓板在機械轉(zhuǎn)軸的作用下轉(zhuǎn)動，使SP1壓下，接點斷開，儲能回路斷開。儲能燈是SP2(常開接點)控制的，未儲能不亮，儲能后亮。儲能回路主要結(jié)點如圖1所示。

圖1 儲能回路主要結(jié)點

分析步驟(逆向法)：

(1)插上排插，拔下電機下端接線端子(18-8、18-9)，投上儲能控制電源，用萬用表分別量取回路進線兩接點電壓，正負(fù)端為正負(fù)55V左右，如果電壓值達標(biāo)說明回路良好；

(2)如果電壓值不達標(biāo)，拔下開關(guān)排插座，量取排插座進線儲能回路接點25、35是否有電，如電壓值正常，說明為機構(gòu)內(nèi)部電氣原因(儲能行程開關(guān)，回路接點)，原因種類有：接地故障、短路故障、短路故障、接點接觸不良、行程開關(guān)接點不可靠等；

(3)如上步驟測量后，沒有電，說明機構(gòu)外部電未到小車開關(guān)，查明外部電源電壓(繼保、儲能總控制開關(guān)，操作把手等)；

步驟(1)量取接線端子(18-8、18—9)的電壓值分別為-58V和56V，說明電氣回路良好，推斷為機械部分原因。

在排除電氣原因后，再次測量電機進線接線端子(18-8、18-9)的電壓符合標(biāo)準(zhǔn)后。將端子裝復(fù)，投上電源開關(guān)和操作把手觀察電機儲能情況，仍不能儲能，因此確定為機械原因?qū)е隆?/p>

機械原因可以分為兩方面：儲能機構(gòu)傳動故障和電機故障。

儲能機構(gòu)傳動檢查方法：手動儲能—手動試分合—觀察齒輪結(jié)合情況—觀察輪滑油情況(過多將導(dǎo)致卡滯)，檢查發(fā)現(xiàn)無異常。

電機按其種類可分為直流電機、交流電機、交直流兩用電機；按其相數(shù)可分為單相和三相。我們供電系統(tǒng)常見的電機為三相交流電機(風(fēng)扇)，單相交流電機、單相直流電機和交直流兩用電機。電機故障種類較多，而且不同運行方式電機的故障類別也有不同，其不同類別電機的原理、結(jié)構(gòu)和故障類別不能一一詳細(xì)列出，這里主要介紹直流電機原理結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 直流電機工作原理

工作原理：建立在電磁力定律的基礎(chǔ)上，F(xiàn)=BILCOSθ(B：磁場強度，I：導(dǎo)體電流，L：導(dǎo)體有效長度，θ：磁場和導(dǎo)體夾角)，力的方向用左手定則判定。利用換向器(由互相絕緣的銅質(zhì)換向片構(gòu)成，裝在軸上，和電樞絕緣，且和電刷一起旋轉(zhuǎn))和電刷的導(dǎo)通作用使電流方向恒定，產(chǎn)生方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩，使電動機連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

部件結(jié)構(gòu)如圖3所示。部件結(jié)構(gòu)拆解后如圖4所示。交直流兩用電動機接線圖如圖5所示。

這種電機實質(zhì)上是直流串勵電動機。只是為了使它能適應(yīng)交流運行，全部磁路系統(tǒng)都由疊片制成,以減小渦流。定子上除勵磁繞組F和換向極繞組FD外,還增設(shè)補償繞組Fs，以限制交流運行時電樞繞組產(chǎn)生過大的電抗壓降并改善換向。

1.機罩;2.主磁極;3.端蓋;4.換向器;5.換向極和電刷;6.繞組絕緣;7.機座;8.電樞繞組;9.電樞鐵芯圖3 直流電機部件結(jié)構(gòu)

圖4 直流電機結(jié)構(gòu)拆解

圖5 交直流兩用電動機接線示意圖

由于這種電動機是直流串勵電動機的改進，故它可作直流電動機運行。作直流電動機運行時，磁通和電樞電流方向不變，電磁轉(zhuǎn)矩的方向也不變。作交流電動機運行時，雖然磁通和電樞電流的大小和方向不斷改變，但由于二者是同時改變的，它們所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向是不變的，所以單相交直流兩用電機可替代單相交流電機和單相直流電機使用。

對直流電機的常見故障和處理方法摘錄如表2所示。

表2 直流電機常見故障原因及處理方法

量取儲能電機的電樞繞組電阻，電阻阻值不穩(wěn)定，2～7MΩ，甚至量取不出繞組阻值?？芍獢嗦菲魇褂玫臑橛来胖绷饔兴㈦姍C，電機的繞組不分相，是由多個相同的線圈在轉(zhuǎn)子電樞上按圓周均勻分布，阻值應(yīng)為幾歐到十幾歐(交直流兩用電機為幾十歐)；再用搖表遙測電機出線端絕緣電阻，皆為無窮大，確定為電機內(nèi)部電樞繞組回路缺陷。

4 故障處理

VS1型斷路器儲能電機更換步驟：

工具材料：新電機、開口扳手一套、若干大、中、小號梅花/一字(數(shù)量足夠)，英制和國標(biāo)內(nèi)六角各一套、彈簧片鉗，尖嘴鉗、虎鉗、戒尺刀、碎布若干。

(1)安全措施。

將開關(guān)控制電源退出，取下排插，拔開電機進線端子，如彈簧已儲能務(wù)必將能量釋放。

(2)拉彈簧和拆彈簧下部。

這個步驟是很有必要的，如果不部分拆卸彈簧，礙于彈簧的位置，儲能電機左右兩側(cè)門板上的緊固螺絲將不可被取出，利用彈簧專用工具頂開合閘彈簧，給螺絲的拆卸留出了空間。

(3)拆卸固定螺絲。

拆卸螺絲時，在螺絲下方要有放掉落措施，防止螺絲掉落在小車底盤，若掉落將嚴(yán)重加大工作量和安全隱患。

(4)解開鏈條。

傳動鏈條上有一銅環(huán)和卡環(huán)，作連接鏈條兩端用，拆下后即可解開鏈條。

(5)取出電機，拆解傳動齒輪。

取出電機后，拆下傳動齒輪，拆下時注意齒輪月牙朝向位置，是向上還是向下，裝復(fù)位置如果不正，儲能鏈條反轉(zhuǎn)。

拆下電機后，發(fā)現(xiàn)電機電刷卡死在電刷口內(nèi)部，這是不正常的，這將導(dǎo)致兩個問題出現(xiàn):一是卡死位置不能使電刷和換向器接觸，回路接觸不良，導(dǎo)致儲能故障;二是卡死位置較深，使電樞鐵芯旋轉(zhuǎn)使，磨損較大，也會導(dǎo)致儲能故障。

拆卸電機內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)拔不出的電刷卡死在電刷口，用小一字刀頂出后，發(fā)現(xiàn)電刷口有少量的黑色物質(zhì)(擬為潤滑脂滲入電刷口)使電刷卡死，這是電刷卡死引起電機不能儲能的根本原因。建議開關(guān)傳動機構(gòu)齒輪做潤滑時，一定要控制潤滑脂的量，潤滑脂在長期運行后會產(chǎn)生氧化和固化，不僅不可起到潤滑作用，反而加大傳動機構(gòu)的卡滯，應(yīng)以適量潤滑劑為主。

(6)更換修復(fù)后的電機，按原位組裝傳動部件。

(7)按拆卸的相反順序裝復(fù)電機固定螺絲、彈簧和鏈條。

(8)全部裝復(fù)后，拔下螺絲刀，手動給電機儲能。

(9)手動儲能、試分合幾次無問題后，再電動儲能，觀測電動儲能時間是否符合廠家要求，再電動試分合幾次，如果情況都良好，說明機構(gòu)恢復(fù)正常。

5 結(jié)束語

電機問題是10kV開關(guān)儲能常見的故障，但導(dǎo)致電機故障的原因多種多樣(本文針對直流電機列出可能原因共25種)，我們應(yīng)結(jié)合設(shè)備歷史運行、檢修狀況，根據(jù)現(xiàn)場檢查情況、試驗驗數(shù)據(jù)等，制定準(zhǔn)確、合理、有效的處理方案，以提高今后處理該類故障的效率和經(jīng)濟性。

針對該起故障，我們拆卸了電機內(nèi)部進行原因查找，發(fā)現(xiàn)電刷口有少量的黑色物質(zhì)(經(jīng)分析為潤滑脂滲入電刷口)使其卡死，這是引起電機不能儲能的根本原因。因此建議給小車開關(guān)傳動機構(gòu)齒輪做潤滑時，一定要控制潤滑脂的量，潤滑脂在長期運行后會產(chǎn)生氧化和固化，不僅不可起到潤滑作用，反而加大傳動機構(gòu)的卡滯。另外平時保養(yǎng)維護時應(yīng)認(rèn)真仔細(xì)，發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

[1] 郭飛,石桂霞.LW13-800型罐式斷路器儲能電機控制回路的分析與改進[J].電氣開關(guān),2009(6).

[2] 武權(quán)立,黃洪全.PWM控制下的永磁無刷直流電機仿真研究[J].電氣開關(guān),2010(5).

[3] 李建林,田立亭,來小康,等.能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的電力儲能技術(shù)展望[J].電力系統(tǒng)自動化,2015(23).

[4] 袁子云,楊華松,王帥,等.高壓斷路器電動機機構(gòu)位置檢測技術(shù)的研究[J].煤礦機電,2013(3)：16-18.

[5] 陳佳成.斷路器儲能機構(gòu)分析[J].建筑電氣,2013(3):64-66.

[6] 張飛.淺析一起500kV斷路器CYA4液壓彈簧操動機構(gòu)儲能故障[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2012(22)：107-107.

[7] 劉大武.斷路器儲能回路的改進[J].農(nóng)村電工,2014(2)：22-23.

[8] 蔣超偉.斷路器彈簧機構(gòu)常見儲能故障分析與處理[J].電力安全技術(shù),2008，10(7).

[9] 羅平.10kV斷路器儲能回路改造及其應(yīng)用[J].四川電力技術(shù),2005，28(3)：17-18.

[10] 劉鋼,原會軍,李剛,等.一起高壓斷路器儲能回路故障分析[J].民營科技,2013(12)：88-89.

AnalysisandProcessingof10kVSwitchEnergyStorageFaultCausedbyMotorProblems

ZHENGLin-sheng

(Zhuhai Power Supply Bureau,Zhuhai 519000,China)

10kV switch is widely used in power systems,power plants,industrial and mining enterprises and other different fields.It can according to the needs of power grid operation will be a fraction of the power equipment or line input or out of operation,also can be in the failure of the power equipment or line the fault part from the grid in the fast removal,the safe and reliable operation of power system has a very important role.Through to together brush direct current motor contact caused by poor 10kV switch can not be normal reservoir fault analysis,introduces the principle and structure of the DC motor,and lists possible types of faults and solutions,to find the reasons from multiple angles,the ultimate solution to the problem,and puts forward some practical suggestions,on similar fault treatment has a good reference.

10kV switch；circuit breaker；DC moto；motor brush；energy storage fault；switching closing

1004-289X(2017)03-0091-04

TM56

B

2016-08-18

鄭林勝(1984-)，男，變電檢修技師、電氣工程師、工學(xué)學(xué)士，研究方向為變電一次設(shè)備檢修。