張瀟 李龍飛 鄒洪林 薛迪 劉雨

（1.深圳供電局有限公司，廣東深圳 518020；2.庫柏愛迪生（平頂山）電子科技有限公司，河南平頂山 467000）

0 引言

隨著經(jīng)濟發(fā)展與科技進步，環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展也非常迅速[1-3]，目前配電房運行的環(huán)網(wǎng)柜操作機構主要有彈簧操作機構與永磁操作機構兩種。統(tǒng)計資料表明，操作機構的故障約占整個環(huán)網(wǎng)柜故障的70%，永磁機構由于驅動回路電子元器件較多導致電路部分故障率更高，因此對運行中的環(huán)網(wǎng)柜操作機構進行檢查，從而提早發(fā)現(xiàn)問題，對于提升環(huán)網(wǎng)柜運行可靠性具有十分重要的意義[4-7]。

1 永磁環(huán)網(wǎng)柜優(yōu)缺點

永磁環(huán)網(wǎng)柜操作機構是利用電磁鐵對鐵磁材料的吸力來驅動部件運動從而實現(xiàn)分合閘的，分合閘完畢后，斷開線圈中的電流，再利用永磁體產生的磁場來實現(xiàn)斷路器分合閘狀態(tài)的保持，結構示意圖如圖1所示。

圖1 永磁驅動操作機構結構示意圖

與傳統(tǒng)的彈簧操作機構相比，永磁操作機構沒有儲能、脫扣、鎖扣等裝置，結構更加簡單，從而使機構的可靠性大大提高。永磁操作機構又有著分閘速度快的優(yōu)點，固有分閘時間可以比彈簧機構環(huán)網(wǎng)柜分閘時間短10～20 ms，有利于實現(xiàn)保護的級間配合。

同時，永磁操作機構驅動電流較彈簧操作機構大，需要用晶閘管準確控制分合閘導通時間，電路部分故障率較彈簧機構高，而且永磁斷路器柜只能手動分閘不能手動合閘，出現(xiàn)驅動故障時無法做到先送電再檢修，容易導致停電時間增加，引發(fā)客戶投訴。圖2為使用電子控制方式的雙線圈斷路器控制原理圖。

圖2 使用電子控制方式的雙線圈斷路器控制原理圖

經(jīng)分析近三年在運永磁環(huán)網(wǎng)柜故障原因，發(fā)現(xiàn)約80% 的故障原因為永磁驅動模塊故障，其余基本為位置觸點故障，沒有發(fā)生機械故障，驗證了永磁環(huán)網(wǎng)柜機械可靠性高、電氣可靠性低的特點。因此，提升永磁環(huán)網(wǎng)柜的可靠性關鍵在于提升整體驅動電路的可靠性。

2 常見驅動電路故障原因分析

以某公司智能公用柜為例，該柜生產日期為2019年2月，于2022年6月22日發(fā)生拒動故障，檢查發(fā)現(xiàn)為過電壓引發(fā)電源模塊和驅動模塊燒毀，如圖3、圖4所示。

圖3 過電壓燒毀充電模塊內部電路板

圖4 電路示意圖（燒毀部分為虛線部分）

判斷原因為斷路器永磁操作機構采用晶閘管控制驅動電流通斷，永磁機構線圈為感性負載，開關分閘后的磁恢復過程產生反向過電壓，同時回路中晶閘管等開關元件在長期使用過程中絕緣性能下降，被擊穿導致燒毀。研究發(fā)現(xiàn)，目前永磁環(huán)網(wǎng)柜驅動模塊隨著使用年限的增加而故障率升高，這是該種環(huán)網(wǎng)柜所有廠家都存在的一個問題，應當通過定期檢查來提前發(fā)現(xiàn)并消除。

3 永磁環(huán)網(wǎng)柜定檢存在的問題及解決方案

目前，維護單位普遍采取的定檢方法為斷開負荷開關柜電機處、斷路器柜脫扣器處端子，接入數(shù)字萬用表直流電壓檔，DTU 處給分/合閘信號，通過讀取電壓來判斷二次回路是否正常。這種測試方法適用于彈簧操作機構的環(huán)網(wǎng)柜而不適用于永磁操作機構，原因在于永磁驅動電路輸出電壓持續(xù)時間為毫秒級，數(shù)字萬用表不能夠有效識別，而且通過上文分析可知，永磁驅動模塊故障的主因為晶閘管截流產生的過電壓，宜采取帶載測試的方案來模擬實際工況。

為解決此問題，本文設計了一款便攜永磁驅動模塊檢測裝置，該裝置內置蓄電池，也可采用DTU 交流輸出作為電源。檢測時把驅動出口航插接入該裝置，通過DTU 給出分閘指令，如果有正常驅動電流流過，會亮指示燈作為顯示。因驅動電流沒有經(jīng)過永磁機構，可確保檢測時開關不會動作，可以不停電進行檢測。而且檢測時只涉及插拔航插，可確保正確恢復設備正常狀態(tài)，同時提升了檢測效率。此裝置可直觀、可靠、便捷地檢測永磁驅動裝置有無異常，從而有效提升永磁環(huán)網(wǎng)柜的運行可靠性。

4 電路設計

電路設計圖如圖5所示。

圖5 永磁驅動檢測裝置電路圖

圖5中P1為外部交流220 V 輸入美標插座，其交流輸入電壓范圍為220×（1±20%）V。F1為電流過流保險絲，當內部發(fā)生電路短路時，提供熔斷保護。開關電源U1負責把AC220V 交流電轉換成DC 12 V 的電壓，再提供控制器工作的電能，同時具有給鋰電池充電的功能，以保證補充足夠的能量給鋰電池。磁保持繼電器K1模擬單穩(wěn)態(tài)單線圈永磁開關，執(zhí)行接收到的電脈沖，按設想的要求工作，并接通相應的指示燈。S1為雙聯(lián)船型開關，打開時220 V 電源接通，同時內部12 V 電池電源接通到內部電路作為工作電源；雙聯(lián)船型開關關斷時，電池工作在低功耗狀態(tài)，保證電池不會因過放電而損壞。二極管D1利用其單向導電特性，防止電池反串入開關電源U1，從而引起損壞。BT為鋰電池組，保證現(xiàn)場無外部AC220V時仍能24 h正常操作。P2的1腳、8腳為永磁開關控制器控制端，當施加1腳+、8腳-電壓時，永磁開關合閘，當連接本測試裝置時，控制繼電器K1工作，接通LED1，指示合閘成功，R1為LED1限流電阻；當施加1腳-、8腳+電壓時，永磁開關分閘，當連接本測試裝置時，控制繼電器K1反向工作，接通LED2，指示分閘成功，R2為LED2限流電阻。R3為繼電器K1電流電阻。S2為常開雙聯(lián)開關，按下時接通控制繼電器K1工作，接通LED1，指示合閘成功，二極管D2利用其單向導電特性，防止反向電壓串入鋰電池。S3為常開雙聯(lián)開關，按下時接通控制繼電器K1反向工作，接通LED2，指示分閘成功，二極管D3利用其單向導電特性，防止反向電壓串入鋰電池。裝置組裝完成后樣機如圖6所示。

圖6 裝置樣機

5 現(xiàn)場應用

本裝置于深圳供電局有限公司在運RVAC型永磁環(huán)網(wǎng)柜進行了匹配性測試，環(huán)網(wǎng)柜永磁驅動電路主要元器件參數(shù)如表1所示。

表1 永磁驅動電路主要元器件參數(shù)表

現(xiàn)場試驗流程如下：（1）斷開斷路器永磁驅動電路輸出回路；（2）接入永磁驅動模塊檢測裝置；（3）按照實際斷路器分合閘位置，按下永磁驅動模塊檢測裝置按鈕；（4）在DTU 處選擇就地模式，通過分合閘按鈕模擬分合閘，永磁驅動模塊檢測裝置燈亮，表示驅動電路輸出正常；（5）恢復斷路器為原始狀態(tài)。

試驗結果顯示：（1）本裝置在開關本體處于合分閘任意位置均可以正確指示永磁斷路器驅動電路的輸出電流；（2）可以在一次帶電的工況下進行檢測；（3）操作簡單，檢測兩路斷路器單元的驅動電流耗時大約為10 min；（4）滿足運行維護人員對永磁環(huán)網(wǎng)柜進行定檢的需求。

6 結語

本文針對目前定檢方法無法有效排查永磁環(huán)網(wǎng)柜驅動電路故障的問題，設計了一種永磁驅動模塊檢測裝置，該裝置可以方便有效地測試永磁驅動裝置的輸出脈沖并準確指示合分閘的位置，同時考慮了便攜性，可以用作運行維護人員對永磁環(huán)網(wǎng)柜進行定期檢查的檢測設備，具有較好的推廣應用價值。