电磁操作机构完全依靠合闸电流流过合闸线圈产生的电磁吸力来合闸同时压紧跳闸弹簧.docx

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电磁操作机构完全依靠合闸电流流过合闸线圈产生的电磁吸力来合闸同时压紧跳闸弹簧

断路器知识

1.10kV断路器

1.1断路器操作机构简介：

我们在现场碰到的开关一般分为多油（比较老的型号，现在几乎见不到了）、少油（一些用户站还有）、SF6、真空、GIS（组合电器）等类型。

这些讲的都是开关的灭弧介质，对我们二次来说，密切相关的是开关的操作机构。

机构类型可分为电磁操作机构（比较老，一般在多油或少油断路器配的是这种）；弹簧操作机构（目前最常见的，SF6、真空、GIS一般配有这种机构）；最近ABB又推出一种最新的永磁操作机构（比如VM1真空断路器）。

1.2电磁操作机构

电磁操作机构完全依靠合闸电流流过合闸线圈产生的电磁吸力来合闸同时压紧跳闸弹簧，跳闸时主要依靠跳闸弹簧来提供能量。

所以该类型操作机构跳闸电流较小，但合闸电流非常大，瞬间能达到一百多个安培。

这也是为什么变电站直流系统要分合闸母线、控制母线的缘故。

合母提供合闸电源，控母给控制回路供电。

合闸母线是直接挂在电池组上，合母电压即电池组电压（一般240V左右），合闸时利用电池放电效应瞬间提供大电流，同时合闸时电压瞬间下降的很厉害。

而控制母线是通过硅链降压和合母连在一起（一般控制在220V），合闸时不会影响到控制母线电压的稳定。

因为电磁操作机构合闸电流非常大，所以保护合闸回路不是直接接通合闸线圈，而是接通合闸接触器。

跳闸回路直接接通跳闸线圈。

合闸接触器线圈一般是电压型的，阻值较大（一般几K）。

保护同这种回路配合时，应注意合闸保持一般启动不了。

但这问题也不大，跳闸保持TBJ一般能启动，所以防跳功能还存在。

该类型机构合闸时间较长（120ms~200ms），分闸时间较短（60~80ms）。

1.3弹簧操作机构

该类型机构是目前最常用的机构，其合闸分闸都依靠弹簧来提供能量，跳合闸线圈只是提供能量来拔出弹簧的定位卡销，所以跳合闸电流一般都不大。

弹簧储能通过储能电机压紧弹簧储能。

对弹操机构，合闸母线主要给储能电机供电，电流也不大，所以合母控母区别不太大。

保护同其配合，一般没什么特别需要注意的地方。

合闸弹簧和跳闸弹簧是独立的，储能机构一般只给合闸弹簧储能，而跳闸弹簧一般是靠断路器合闸动作储能.在合闸回路中串联有开关储能接点，也就是说开关未储能就不能进行合闸。

但分闸回路中没有串联开关未储能接点。

所以就算开关未储能，也可以跳开。

（注意：

这里的开关未储能指的是合闸弹簧未储能，而分闸弹簧未储能是没有接点出来的）。

在断路器断开时，分闸弹簧是还没储能的，而合闸弹簧已储能。

合闸时，合闸弹簧释放能量，合闸同时给分闸弹簧储能。

以确保开关在合上的时候能跳开。

合闸弹簧释放完能量时（开关刚合上），电机开始给合闸弹簧储能，这个大概需要十秒钟，此时就算合于故障，因为分闸弹簧已储能，所以能跳开。

这也说明在手合于故障时，开关能马上跳开，但这种跳开之后不能马上再次重合（需要区别于重合闸），因为合闸还没储能，要等储能结束后才能再次送电。

而如果是开关本来是合上的，此时开关的合闸弹簧和分闸弹簧都已储能。

有故障时，分闸弹簧释放能量分闸。

再过1秒左右，（由于合闸弹簧已储能）合闸弹簧释放能量进行合闸。

而在合闸结束的时候，分闸弹簧已储能结束，但合闸弹簧还没有储能好。

如果这次合闸于故障，由于分闸弹簧以储能结束，所以开关能马上跳开。

但跳开之后就不能再次马上合上了，需要等到合闸弹簧储能结束以后才行（一般开关需要30秒后才行，但我们实际情况就要等事故处理完毕后，才能重新再次试合）

1.4永磁操作机构

永磁操作机构是ABB最近才应用到国内市场的一种新机构，首先应用于它的VM1型10kV真空断路器上。

它原理同电磁型大体有点类似，主动轴为永磁材料制成，永磁体周围有电磁线圈。

正常情况下电磁线圈不带电，当开关要分闸或合闸时，通过改变线圈的极性利用磁力相吸或排斥的原理，驱动分闸或合闸。

虽然这个电流也不小，但开关是通过一个大容量电容来“储能”，动作时通过电容放电来提供大电流。

这种机构优点是体积小，传动机械部件少，所以可靠性较弹操机构要好。

同我们保护装置配合来说，我们跳合闸回路驱动的是一个高阻固态继电器，它实际上只需要我们给它提供一个动作脉冲即可。

所以对该开关，保持回路肯定启动不了，保护的防跳也不会启动（该机构本身带有防跳）。

但是要注意一点，因为固态继电器的动作电压较高，常规设计TWJ负和合闸回路接在一起这种情况，不会造成固态继电器给动作，但有可能因为分压太多造成位置继电器不能启动。

这种情况在现场碰到过，具体分析处理过程可见本文的调试案例部分，有详细描述。

国内也有永磁操作机构的产品，但以前质量一直不太过关，这几年质量提上来后，也逐渐推向市场。

因为考虑到成本，国内永磁机构一般不配电容，直接由合闸母线提供电流。

我们操作机构驱动的是分合闸接触器（一般选电流型的），保持及防跳一般可启动。

1.5FS型“开关”及其它

我们上面所说的都是断路器（俗称开关），但我们在电厂施工时可能会碰到用户称为FS开关的情况。

FS开关实际上是负荷开关+快速熔断器的简称。

因为开关比较昂贵，为了节省成本采用这种FS回路。

正常电流由负荷开关切除，故障时由快速熔断器切除电流。

这种回路一般在电厂6kV厂用电系统常见。

保护同这种回路配合，往往被要求当故障电流大于负荷开关所能允许的开断电流后，要禁止跳闸或靠延时，让快速熔丝切除电流。

有些电厂用户可能不希望保护有保持回路。

因为开关质量不好，可能导致辅助触点不到位，而保持回路一旦启动后，必须要靠断路器辅助触点打开才能返回，否则跳合闸电流会一直加在跳合圈上，直到线圈烧毁。

而跳合闸线圈是按短时通电设计的，电流加的时间一长，则很容易烧毁。

而我们肯定希望有保持回路，否则很容易烧保护接点。

当然如果现场用户坚持，也可去掉保持回路。

一般比较简便的方法是割断电路板上保持继电器常开接点同控母正的连线。

在调试现场一定要注意，如果开关分合操作后，位置指示灯全灭。

（排除因弹簧未储能造成，这种情况面板显示弹簧未储能告警的）必须马上关掉控制电源，防止烧毁开关线圈。

这是一个基本原则，现场应切记。

2．释能电磁铁：

这种释能电磁铁适用于万能式断路器有电动机预储能机构（由电动储能机构使它的操作弹簧机构储能）。

当用户按下按钮，电磁铁线圈激励后，电磁铁闭合使储能弹簧释放，断路器合闸。

2.0.4kV断路器

2.1转动操作手柄

适用于塑壳断路器，在断路器的盖上装转动操作手柄的机构，手柄的转轴装在它的机构配合孔内，转轴的另一头穿过抽屉柜的门孔，旋转手柄的把手装在成套装置的门上面所露出的转轴头，把手的圆形或方形座用螺钉固定的门上，这样的安装能使操作者在门外通过手柄的把手顺时针或逆时针转动，来确保断路器的合闸或分闸。

同时转动手柄能保证断路器处于合闸时，柜门不能开启；只有转动手柄处于分闸或再扣，开关板的门才能打开。

在紧急情况下，断路器处于"合闸"而需要打开门板时，可按动转动手柄座边上的红色释放按钮。

2.2加长手柄

是一种外部加长手柄，直接装于断路器的手柄上，一般用于600A及以上的大容量断路器上，进行手动分合闸操作。

2.3手柄闭锁装置

是在手柄框上装设卡件，手柄上打孔然后用挂锁锁起来。

主要用于断路器处于合闸工作状态时，不容许其他人分闸而引起停电事故，或断路器负载侧电路需要维修或不允许通电时，以防被人误将断路器合闸，从而保护维修人员的安全或用电设备的可靠使用。

2.4接线方式

断路器的接线方式有板前、板后、插入式、抽屉式，用户如无特殊要求，均按板前供货，板前接线是常见的接线方式。

2.4.1板后接线方式

板后接线最大特点是可以在更换或维修断路器，不必重新接线，只须将前级电源断开。

由于该结构特殊，产品出厂时已按设计要求配置了专用安装板和安装螺钉及接线螺钉，需要特别注意的是由于大容量断路器接触的可靠性将直接影响断路器的正常使用，因此安装时必须引起重视，严格按制造厂要求进行安装。

2.4.2插入式接线

在成套装置的安装板上，先安装一个断路器的安装座，安装座上6个插头，断路器的连接板上有6个插座。

安装座的面上有连接板或安装座后有螺栓，安装座预先接上电源线和负载线。

使用时，将断路器直接插进安装座。

如果断路器坏了，只要拔出坏的，换上一只好的即可。

它的更换时间比板前，板后接线要短，且方便。

由于插、拔需要一定的人力。

因此目前我国的插入式产品，其壳架电流限制在最大为400A。

从而节省了维修和更换时间。

插入式断路器在安装时应检查断路器的插头是否压紧，并应将断路器安全紧固，以减少接触电阻，提高可靠性。

2.4.3抽屉式接线

断路器的进出抽屉是由摇杆顺时针或逆时针转动的，在主回路和二次回路中均采用了插入式结构，省略了固定式所必须的隔离器，做到一机二用，提高了使用的经济性，同时给操作与维护带来了很大的方便，增加了安全性、可靠性。

特别是抽屉座的主回路触刀座，可与NT型熔断器触刀座通用，这样在应急状态下可直接插入熔断器供电。

3.断路器附件组成

本体是不带任何附件，但能确保顺利合、分电路，并且有在电路或设备发生过载、短路等事故时，自动切断故障的功能，而附件作为断路器功能的派生补充，为断路器增加了控制手段和扩大保护功能，使断路器的使用范围更广、保护功能更齐全、操作和安装方式更多。

目前断路器附件已成为断路器不可分割的一个重要部分。

但附件并不是越齐全越好，这就要根据具体的控制线路和保护线路来合理地应用附件，避免造成不必要的浪费，同时要分清电压等级，交流或直流，辅助触头的对数等，如应用不当，不但不起保护作用，而且还会造成很大的经济损失。

下面对断路器的附件功能和应用进行分析，使用户在应用断路器附件时有所帮助。

3.1内部附件

3.1.1辅助触头

辅助触头与断路器主电路分、合机构机械上连动的触头，主要用于断路器分、合状态的显示，接在断路器的控制电路中通过断路器的分合，对其相关电器实施控制或联锁，例如向信号灯、继电器等输出信号。

万能式断路器有六对触头（三常开、三常闭），DW45有八对触头（四常开、四常闭）。

塑壳断路器壳架等级额定电流100A为单断点转换触头，225A及以上为桥式触头结构，约定发热电流为3A；壳架等级额定电流400A及以上可装两常开、两常闭，约定发热电流为6A。

操作性能次数与断路器的操作性能总次数相同。

3.1.2报警触头

报警出头用于断路器事故的报警，且此触头只有当断路器脱扣分断后才动作，主要用于断路器的负载出现过载短路或欠电压等故障时而自由脱扣，报警触头从原来的常开位置转换成闭合位置，接通辅助线路中的指示灯或电铃、蜂鸣器等，显示或提醒断路器的故障脱扣状态。

由于断路器发生因负载故障而自由脱扣的机率不太多，因而报警触头的寿命是断路器寿命的1/10。

报警触头的工作电流一般不会超过1A。

3.1.3分励脱扣器

是一种用电压源激励的脱扣器，它的电压可与主电路电压无关。

分励脱扣器是一种远距离操纵分闸的附件。

当电源电压等于额定控制电源电压的70％-110％之间的任一电压时，就能可靠分断断路器。

分励脱扣器是短时工作制，线圈通电时间一般不能超过1S，否则线会被烧毁。

塑壳断路器为防止线圈烧毁，在分励脱扣线圈串联一个微动开关，当分励脱扣器通过衔铁吸合，微动开关从常闭状态转换成常开，由于分励脱扣器电源的控制线路被切断，即使人为地按住按钮，分励线圈始终不再通电就避免了线圈烧损情况的产生。

当断路器再扣合闸后，微动开关重新处于常闭位置。

但万能式DW45产品在出厂时要由用户在使用时在分励脱扣器线圈之前串联一组常开触头。

3.1.4欠电压脱扣器

欠电压脱扣器是在它的端电压降至某一规定范围时，使断路器有延时或无延时断开的一种脱扣器，当电源电压下降（甚至缓慢下降）到额定工作电压的70％至35％范围内，欠电压脱扣器应运作，欠电压脱扣器在电源电压等于脱扣器额定工作电压的35％时，欠电压脱扣器应能防止断路器闭全；电源电压等于或大于85％欠电压脱扣器的额定工作电压时，在热态条件下，应能保证断路器可靠闭合。

因此，当受保护电路中电源电压发生一定的电压降时，能自动断开断路器切断电源，使该断路器以下的负载电器或电气设备免受欠电压的损坏。

使用时，欠电压脱扣器线圈接在断路器电源侧，欠电压脱扣器通电后，断路器才能合闸，否则断路器合不上闸。

3.2外部附件

3.2.1电动操作机构

用于远距离自动分闸和合闸断路器的一种附件，电动操作机构有电动机操作机构和电磁铁操作机构两种，电动机操作机构为塑壳式断路器壳架等级额定电流400A及以上断路器和万能式断路器，电磁铁操作机构适用于塑壳断呼器壳架等级额定电流225A及以下断路器，无论是电磁铁或电动机，它们的吸合和转动方向都是相同，仅由电动操作机构内部的凸轮的位置来达到合、分，断路器在用电动机构操作时，在额定控制电压的85％-110％之间的任一电压下，应能保证断路器可靠闭合。

3.2.2释能电磁铁

这种释能电磁铁适用于万能式断路器有电动机预储能机构（由电动储能机构使它的操作弹簧机构储能）。

当用户按下按钮，电磁铁线圈激励后，电磁铁闭合使储能弹簧释放，断路器合闸。