ZN系列断路器合闸不到位故障研究与处理

祝伟圣　高吉国

摘要：本文介绍了ZN系列断路器合闸故障原因，并提出了解决方案，为同型号断路器类似故障的处理提供了建议。

关键词：断路器；故障；处理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.118

ZN12系列断路器系90年代末仿西门子3AH断路器户内断路器，运行均已10余年年以上，目前已逐渐被VS1、VH4、西门子的3AF以及ABB公司的VD4断路器所代替，但仍然有很多产品在电网中运行，此系列断路器运行状况较差，多次发生拒分、拒合故障。

某日10时58分，某变电站10kV线路A、B相故障，断路器跳闸，重合成功；10时59分，A、C相再次发生永久短路故障，断路器跳闸重合不到位，断路器不能立即分闸（分闸指令已发出），但实际上断路器触头在故障电流下已经靠电弧导通，2#主变低后备Ⅱ、Ⅲ段复压过流保护动作，二主二次断路器跳闸，2秒钟后，线路断路器在储能电机的带动下，合闸到位断路器分闸。

相同故障在该变的其他10kV线路上也出现过越级跳主二次断路器故障。

1故障原因查找经过

第一阶段：

故障当天，相关专业人员对线路断路器进行测试，模拟开断永久故障，进行“跳-合-跳”测试，断路器偶发性出现一次合闸不到位，导致断路器无法按保护指令分闸的现象。

分析认为：运行10年以上的弹簧储能断路器存在合闸弹簧疲劳的问题，致使有时合闸力量不足所致。提出“更换弹簧和对弹簧拉力进行测试”整改措施。

第二阶段：

一周后，委托专业公司对新、旧合闸弹簧拉力进行测试比较，由测试结果来看，虽然运行12年后的弹簧合闸拉力都在合格范围内，但比新购进弹簧拉力都有所降低，分析认为断路器合闸弹簧经过长时间的拉伸，存在一定疲劳现象，合闸拉力减小，由于某变没有原始弹簧拉力记录，无法确定拉力降低值，但估计不会低于100N。

分析认为机构存在卡涩，或因断路器的多次开断烧损，触头超行程可能发生，从而影响断路器机构配合间隙。

再次对该变10kV备用断路器以及另外一个66kV变电站10kV电容器等2组ZN12断路器进行机械特性测试，单次分合闸均正常，触头开距、超行程、分合闸时间、低电压动作特性测试均合格，卡涩点没有找到。只有两條线路断路器主触头直流电阻略微超标最大34μΩ（出厂标准≤25μΩ，运行标准30bμΩ），说明触头有一定量的烧损，但不至于影响断路器分合是否到位。

第三阶段：

为彻底查找断路器故障原因，消除设备隐患，决定选择故障开断次数较多的某10kV线路再次进行测试比较。

7月14日—15日，公司组织专业人员，再次进行测试调整和解体。

（1）测试过程。7月14日，对10kV断路器做“跳-合-跳”测试，第一次动作成功。第二次动作时，故障出现，即断路器合闸不到位，断路器不能按指令分闸，分析认为，凸轮、合闸滚子与合闸掣子间存在卡涩，后来分闸原因是储能电机带动合闸机构越过卡涩点后，合闸到位后分闸成功的。

于是进一步寻卡涩点，断开电机储能电源，继续作“跳合跳”测试，发现断路器凸轮甩过合闸滚子一半左右时卡住，合上储能电机电源后，凸轮甩过卡涩点，合闸成功。

进一步检查发现凸轮与合闸滚子之间的间隙较大，分析卡涩原因是在弹簧刚刚释放能量较大时凸轮却走了一段空行程，当凸轮与合闸磙子接触后，弹簧能量已经释放很多，能量不足以甩过受力点而卡住。

（2）配合间隙调整。减小凸轮与合闸磙子间的配合间隙，于是增加合闸拉杆长度（左旋半圈），继续作“跳-合-跳”测试，情况好转，但当进行到第六次“跳-合-跳”测试时，故障再次出现。

分析认为凸轮与分闸掣子间的间隙太小，出现卡涩，于是再次缩短合闸连杆长度（右旋1圈），即缩短半圈，继续作“跳合跳”测试，故障频率增加。

可见，凸轮与合闸掣子间隙减小时，凸轮于合闸磙子间的间隙又增大了，很难调整到一个理想状态。同时分析认为断路器减速箱内齿轮可能存在卡涩现象。

（3）机构解体。7月15日，将断路器机构箱解体，发现减速箱润滑脂正常，齿轮转动灵活，减速箱无问题。将该断路器更换新的合闸弹簧后，将合闸拉杆长度增加半圈后，进行10次“跳合跳”测试正确，恢复备用。

第四阶段：

为进一步查找断路器拒合原因，确定整改方案，公司再次选择另一条线路再次进行测试：

调度所继电班首先对该断路器在试验位置进行10次“跳-合-跳”测试，均正确动作，更换弹簧后又进行了10次“跳-合-跳”测试，均正确动作。拖至检修位置高压试验及断路器机械动作特性测试均合格。虹桥线断路器合格。

2原因分析

ZN12-10断路器是仿西门子3AH断路器，制造工艺要求较高，而断路器出厂调试按着新弹簧的拉力值调试的配合间隙，经过运行磨损、分合闸冲击，震动，配合间隙难免发生变化，机构各转动部分润滑也不如出厂时状态良好，这样要求的合闸拉力应变大；而另一方面，断路器长期运行在合闸位置，合闸弹簧一直处于拉伸状态，存在疲劳问题，拉力降低了。这样一方面合闸能量需求增加，而另一方面弹簧的合闸能量却降低了，所以虽然弹簧拉力仍在合格范围内，但当拉力处于下偏差时，弹簧能量就不足以使凸轮迅速甩过合闸磙子，造成断路器合闸不到位。

3整改措施

（1）立即安排对某变24组ZN12断路器进行大修，更换经测试合格且拉力偏上限的新合闸弹簧，对合闸磙子、主轴、万向杆端轴承等各转动部位涂低温润滑脂后，需要由调度所模拟开断永久故障，进行连续10次“跳-合-跳”测试。如果“跳-合-跳”测试不合格，需要由检修人员逐步调整合闸拉杆长度（一般首先左旋半圈即拉杆加长），再进行10次“跳-合-跳”测试合格后，再经变电检修、高压专业测试合格，方可投运。

（2）其他型号的10kV真空断路器机构一定要按计划（9-10年）大修，除了进行正常的机械特性和高压试验外，调度所要加作不少于10次的连续“跳-合-跳”测试。

（3）今后新投运的10kV及以上断路器也要进行不少于10次的连续“跳-合-跳”测试。