浅析框架式断路器故障案例及其维护策略

摘要：介绍了框架式断路器的结构特点、应用场景，并结合实际案例对框架式断路器的常见故障进行了分析，在此基础上提出了框架式断路器的基本维护策略。

关键词：框架式断路器;案例分析;维护检修

0 引言

目前常见的低压断路器按照结构型式，可分为塑壳断路器、框架式断路器两大类，分别适用于不同的应用场景。其中，框架式断路器相对来说具有更高的运行可靠性，能承载、分断更大的负载电流，配合相应的综保装置亦可以精准切断异常回路，保证用电可靠性，故而框架式断路器在大电流的场景中有着广泛应用。

1 框架式断路器的结构特点

框架式断路器作为一种机械式开关电气设备，其基本功能是能接通、分断、长时间承载正常负载回路的电流，同时能可靠分断过载、短路等异常情况下的电流。不同生产厂家或不同型号的框架式断路器虽然在外观形态和保护功能上存在一定的差异，但其基本原理和结构特点都是一样的。框架式断路器储能完成后，通过按动合闸机械按钮或接通合闸线圈回路皆可推动合闸机构的操作连杆，从而带动合闸机构动作，完成合闸动作。在合闸动作完成的过程中，储能机构会同步将一部分机械能储存到分闸机构的主弹簧上，满足分闸机构的动作需求。断路器在合闸状态时，分闸机构的主弹簧必然是已储能的状态，只要按动分闸机械按钮或接通分闸线圈回路，就能可靠地推动分闸机构的操作连杆，从而完成断路器的分断动作[1]。

2 框架式断路器故障案例分析

2.1    案例经过

某工作配电段干式变的低压侧电源开关为框架式断路器，该段干式变停运后拟进行送电，将该框架式断路器摇至试验位置时，断路器本体上的二次端子动触头跟框架上二次端子静触头相接，分合闸位置反馈、控制电源、操作回路等接通，柜门上的分闸指示灯亮起，同时电动储能电机转动进行储能。储能完成后，观察各部分指示正常，将开关切换至就地操作模式，在试验位置按合闸操作按钮，断路器正常合闸。接着按流程进行分闸操作，按下分闸按钮后，断路器分闸，此时，在没有任何就地或远程操作的情况下，断路器自动合闸，又立刻分闸，且每一次电动储能完成后就继续合闸，进入合闸—分闸—合闸—分闸的不断循环，即便是已将开关切换至停止位，也不能停止断路器的分合闸动作。故现场运行人员迅速断开控制电源，方才停止其自动分合闸。运行人员确认该断路器在断开控制电源后已无其他异常情况，将该断路器从试验位置摇出到隔离位置。

2.2    排查分析

本案例中的框架式断路器型式为Emax-E4S，额定电流Ie=4 000 A，其所带负载全部投入运行时，负载电流约2 000 A。断路器若在投入运行的过程中出现反复合闸—分闸的情况，有可能造成设备永久性损坏，甚至危及人身安全，故必须彻底排查、分析该故障出现的原因，并从根源上解决问题。将断路器移出到检修位置后，针对自动分合闸现象，相应地对其二次回路、机械结构进行检查、试验、分析，结果如下：

（1）检查框架式断路器的二次操作回路，发现无论开关处于就地、远方模式还是停止模式，只要无人为操作，断路器分合閘动作指令回路皆未接通。结合故障发生时，在断路器出现自动分合闸的情况下，即便是将开关的操作模式切换至停止位亦不能中止其自动分合闸现象。故可以确定，并非是电气二次操作回路接通导致该断路器动作。

（2）拆下断路器本体上分闸/合闸线圈，检查其动作机构是否灵活可靠。测验分闸/合闸线圈的弹簧力度正常，且在将各线圈中心的撞针用力拉到极限位置后，一松手即可灵活地回弹到位。经过多次反复试验，各线圈都并未出现粘滞或卡涩的现象，各活动部件皆灵活可靠。故可以确定，并非是分闸/合闸线圈在通电动作后无法正常复位导致断路器动作。

（3）检查断路器本体的主动作机构，发现牵引该断路器主机构进行分合闸的操作连杆存在明显的卡滞现象。将机构合闸后，其合闸操作连杆在弹簧作用下仅能缓慢回弹，甚至无法完全回弹到位，出现了操作连杆一直处于动作状态的现象。经观察，分合闸的操作连杆皆存在这个问题，因此出现开关每次储能完成后，就立刻进入合闸—分闸—合闸—分闸循环的现象。经试验，只要在开关动作后，人为介入将操作连杆复位，断路器便不会误动作，不再出现反复分合闸的情况。至此，可以排除断路器主体动作机构故障的可能性，该断路器故障正是由分闸/合闸的操作连杆卡滞引起的。

2.3    解决方案

全面检查该断路器操作连杆的状况，其相关部件皆未发现有断裂或明显的变形、磨损痕迹，但操作连杆左右两端轴承处的油脂存在明显的老化、发黑、变黏的情况。用润滑喷剂冲洗连杆的轴承部位并进行转动，操作连杆的回弹速度显著提升，再未出现断路器误动的情况。润滑喷剂只能短时间内有效解决轴承卡涩问题，故为从源头上修复该断路器操作连杆的油脂黏化问题，使用易溶油脂的机电清洗喷剂彻底将旧连杆轴承部位的旧油脂冲洗干净，并全面检查断路器主体动作机构上的其他转动部位的活动能力。待清洗剂挥发干净之后，在轴承处涂抹断路器厂家维护方案上建议的28号润滑脂，并多次转动保证新油脂充分浸润轴承内外各部位。至此，该断路器反复进行分合闸的原因已经查清并解决，把断路器送入开关间隔，将其摇至试验位置，切换至就地模式，操作合闸/分闸皆正常，再未出现误动现象。

2.4    维护策略

（1）在上述案例中，框架式断路器因为内部机构油脂黏化，在无任何人为或外部因素的情况下，陷入合闸—分闸—合闸—分闸的恶性循环，可能导致本断路器配套的线路保护型综保装置失效，起不到对线路的保护作用，极易造成重大设备损失，甚至有人身伤害的风险，必须予以重视。经全面排查，多数框架式断路器的合闸/分闸操作连杆存在不同程度的卡滞现象，即在操作后回弹速度较慢。虽然目前暂时不会有误动作的情况，但随着油脂进一步受污染或老化变干，就有可能出现误合或误分，在电动储能的情况下，更是会出现性质较为恶劣的不断自动分合闸现象。

（2）框架式断路器作为一种低压大电流开关设备，保证其安全可靠运行是非常重要的。在对多个框架式断路器进行转动机构全面检查的过程中，除分合闸操作连杆存在卡滞现象外，还发现了以下问题：

1）部分断路器无法进行手动储能。经排查发现，无法进行手动储能的原因是手动储能装置的自锁挂钩已被长年累月积存的油污粘死，无法在弹簧的牵引下转动，故而手动储能失效。该自锁挂钩在框架式断路器中所处的位置较深，被重重遮挡，难以看清设备状况，故在以往的检修维护中，对该自锁挂钩的清洗、润滑等保养不够彻底。

2）有一台断路器出现了一合即跳的现象，其合闸状态无法保持。原因是合闸的过程中其合闸保持机构未能灵活地跟转，造成合闸状态无法保持住。在清洗、润滑合闸保持机构之后，断路器合闸、分闸皆正常，再未出现一合即跳的现象。

（3）断路器内部油脂变黏的原因，一般包括油脂本身质量较差、长时间未更换的正常老化、灰尘或金属粉末的污染等。为解决因润滑油脂而引起的机构卡滞问题，除了使用清洗剂彻底去除老化或已变质的油脂外，更重要的是了解不同润滑油脂的性能，并参考设备厂家维护意见，选择与框架式断路器本体机构不同转动部位最适配的油脂类型。

（4）框架式断路器的常规检修项目应包括：彻底清除、擦净断路器本体内的灰尘、污垢、旧油脂等，并给各个转动部位涂抹润滑脂，使其充分浸润，防止缺乏油脂导致断路器动作异常或磨损机构。检查断路器绝缘部分有无发热变色或放电痕迹等情况，打开灭弧罩检查一次回路动静触头位置有无明显的发黑、烧蚀现象。观察断路器机械机构部分的各个弹簧、卡簧、转轴、转动部件等是否灵活可靠，有无明显的形变、磨损、断裂痕迹。测试分闸/合闸线圈机构活动可靠，断路器手动储能正常，分合闸机构无卡滞现象，主机构动作到位。查看二次端子盒的动静触头有无变形、断裂或发黑等现象，并紧固二次端子的固定螺丝。最后还应进行修后电气试验，包括开关特性试驗、绝缘电阻、回路直阻等项目，并对照参数确认试验数据合格。

3 结语

综上所述，在框架式断路器的整个生命周期中，其机械性能和电气特性会随着使用年限和动作次数的增加而有一定程度的下降。然而也可以发现，断路器的各零部件因机械故障而造成永久性损坏的概率较低，多数断路器故障是由于维护的细节不到位。当断路器本体的个别机械结构存在卡滞等隐患时，单纯从修后的开关特性、回路直阻等电气试验的数据上是难以发现的。因此，设备维护人员须对框架式断路器的个别关键机构进行有效的深度维护，尤其应注意合闸/分闸操作连杆以及手动储能装置的自锁挂钩须能在弹簧牵引下灵活可靠动作，回弹速度快且能正确到位，不得有卡滞现象。在细致维护的基础上，对各个机械转动部件的健康状况做深入分析和全面总结，才能将检修经验应用到框架式断路器的日常预防性检测、维护中[2]。

对于框架式断路器等机电设备，唯有深入学习该产品厂家说明书、熟悉设备结构和控制原理、详实掌握维护检修方案、不断总结和记录经验，方得以最大限度地保证设备长期安全、稳定运行，避免因断路器的原因造成负载停电甚至损坏设备等情况的发生。

[参考文献]

[1] 姬鹏帅.框架式断路器常见故障处理[J].设备管理与维修，2016（1）：42.

[2] 孙曙光，张强，杜太行，等.基于灰色关联度的框架式断路器故障诊断方法[J].仪器仪表学报，2017，38（10）：2525-2535.

收稿日期：2021-08-09

作者简介：姚晓廷（1994—），男，广东汕头人，助理工程师，主要从事火电厂电气设备点检工作。