断路器故障分析汇总.docx

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断路器故障分析汇总

断路器故障汇总与分析

实习生：

2010-7-20

摘要：

本报告对常见断路器故障类型进行了简要的汇总与分析。

断路器故障总的来说可以分为两类：

一、机械类故障；二、电气类故障。

为了深入了解，本文首先对断路器结构进行了介绍，对断路器类型进行了简介，最后对各类断路器常见故障进行了分析汇总。

关键词：

断路器、故障、结构、SF6、分类

1.断路器故障综述

断路器故障可以大致分为两类：

一、机械类故障；二、电气类故障。

故障处理的原则一般为先机械后电气。

机械部分大致有设备老化、传动机构磨损或失灵、外部原因（如雷电冲击过电压、外部线路短路形成大电流等）造成设备绝缘水平降低或气密性降低等。

电气部分大致有各种线圈或继电器烧坏、控制回路或同步回路断线等。

故障外部表现可分为：

断路器拒合、断路器拒分、合闸误闭锁、分闸误闭锁、断路器偷跳或误跳。

不同断路器还有自己的特殊故障，如SF6断路器低压闭锁故障。

闭锁故障不同断路器闭锁条件不同，其它故障有一定共性。

1.1拒合故障

断路器拒绝合闸的原因：

1）合闸电源消失，如合闸熔断器、控制熔断器熔断或接触不良。

2）就地控制箱内合闸电源小开关未合上

3）断路器合闸闭锁动作，信号未复归

4）断路器操作控制箱内“远方－就地”选择开关在就地位置

5）控制回路断线

6）同步回路断线

7）合闸线圈及合闸回路继电器烧坏

8）操作继电器故障

9）控制把手失灵

10）控制开关接点接触不良

11）断路器辅助接点接触不良

12）操作机构故障

13）直流电压过低

14）直流接触器接点接触不良

1.2拒分故障

断路器拒绝分闸的原因：

1）分闸电源消失，如分闸熔断器、控制熔断器熔断或接触不良。

2）就地控制箱内分闸电源小开关未合上

3）断路器分闸闭锁动作，信号未复归

4）断路器操作控制箱内“远方－就地”选择开关在就地位置

5）控制回路断线

6）分闸线圈及分闸回路继电器烧坏

7）操作继电器故障

8）控制把手失灵

9）控制开关接点接触不良

10）断路器辅助接点接触不良

11）操作机构故障

12）直流电压过低

1.3偷跳或误跳故障

断路器“偷跳”或“误跳”的原因：

1）保护误动或错误整定

2）电流、电压互感器回路故障

3）二次绝缘不良

4）直流系统发生两点接地

5）合闸维持支架和分闸锁扣维持不住

6）液压操作机构中分闸一级阀和逆止阀密封不良

2断路器分类

根据断路器的安装方式可以分为固定式、插入式和抽屉式（我们常用的为插入式，如图2.1为插入式低压断路器）；

图2.1插入式低压断路器

根据采用的灭弧介质可以分为：

空气式、真空式、油介式（我们常用的为空气式，如图2.2为LW36/72.5kV自能式高压交流六氟化硫断路器）；

附：

自能式与智能式是两个完全不同的概念，两者站的角度不同，自能与灭弧机理相关，智能与信息检测和通信相关。

图2.2LW36/72.5kV自能式高压交流六氟化硫断路器

根据断路器的极数不同可以分为：

单极、双极、三极和四极（我们常用的为单极、三极，双极的曾经也用过，图2.2为三极，图2.3为ZW39-27.5/2000-31.5型户外高压交流单极真空断路器）；

图2.3ZW39-27.5/2000-31.5型户外高压交流单极真空断路器

根据结构型式可以分为：

万能式和塑壳式（我们常用的为塑壳式）；

万能式断路器（框架断路器，如图2.4为CLSW2万能式断路器）：

是指以具有绝缘衬垫的框架结构底座将所有构件组成一整体并具有多种结构变化方式和用途的断路器。

塑料外壳式断路器（常用于低压断路器如图2.1）：

具有一个用模压绝缘材料制成的外壳作为断路器整体部件的断路器。

万能式断路器比塑壳断路器的额定电流及壳架等级额定电流大，就是说他允许通过的电流大比如：

万能断路器一般为（630-6300A）,塑壳的（一般在6-800A目前有很多厂家做到1600A）

万能式断路器一般做总开关用，广泛应用于工矿企业变配电站，作为接通和断开正常工作电流以不频繁的电路转换。

塑料外壳式断路器广泛用于配为电线路，作小容量发电机的保护和配电用，也被用于不频繁地启动和分断电动机，以及用于各种大型建筑（如宾馆、大楼、机场、车站、码头等）的照明电路。

图2.4CLSW2万能式断路器

根据操作方式可以分为人力操作、动力操作及储能操作（我们常用的为人力操作）；当然还有一种分类方式，基于适用电路，还可分为直流断路器和交流断路器；

3断路器结构

不同种类的断路器，对应的结构相差也很大。

3.1低压断路器

低压断路器的主要结构包括

1、触点系统

断路器常用的触点有三种形式：

1）插入式触点：

适合于不产生电弧的接触处，常作开关极后出线的插入式连接。

其特点能通过巨大的短路电流，有电动补偿作用，能防止触点弹开。

2）桥式触点：

适合小容量开关用，桥式触点有两个接触点，因增加了一个断点，有助于灭弧。

简化了灭弧室结构，但需要保证使双断点触点同时接通或分断。

3）对接式触点：

适用于通过大电流的开关，对接式触点为一对动静触点。

为了防止电流对触点的破坏作用，大电流对接式触点常制成双档触点（即主触点和弧触点），或三档触点（即主触点、副触点和弧触点），电流较小时，可做成单档触点。

其三档触点断开负载时的动作程序是：

先断开主触点，然后断开副触点，最后断开灭弧触点，电弧在弧触点之间熄灭。

主触点材料大都采用纯银制作，弧触点多采用银钨合金、铜钨合金或陶冶合金制成。

2、灭弧装置

1）将电弧拉长，使电源电压不足以维持电弧燃烧，从而使电弧熄灭。

2）有足够的冷却表面，使电弧能与整个冷却表面接触迅速冷却。

3）将电弧分成多段，成为短弧。

每段短弧有一定的电压降，这样电弧上总的电压降增加，而电源电压不足以维持电弧燃烧，使电弧熄灭。

4）限制电弧火花喷出的距离，以造成相间飞弧。

3、操作机构

断路器通过操作机构可以实现分、合。

操作机构有手动、电动、电磁、气动等形式。

3、保护装置

共有以下保护装置：

1）分励脱扣器

分励脱扣器也多为电磁式。

由控制电源供电，它可以按照操作人员的命令或继电保护信号使其线圈通电，衔铁动作，从而使断路器分断。

2）过电流脱扣器

过载脱扣器——习惯上与过载保护的过电流脱扣器相同

热脱扣器：

当线路电流超过额定电流值的量并不太大时（即过载），使电阻发热过量，引起双金属片受热向上弯曲，推动顶杆向上，顶开搭钩，主触点在释放弹簧的作用下，很快就断开，将电路切断。

短路脱扣器——习惯上与短路保护的过电流脱扣器相同

电磁过扣器：

当流过开关的电流在整定值以内时，电磁脱扣器的线圈所产生的吸力不足以吸衔铁。

当发生短路时，短路电流超过整定值，强磁场的吸力克服弹簧的拉力拉动衔铁，顶开搭钩，使开关跳闸。

所以电磁脱扣器起到熔断器的作用。

3）欠电压脱扣器

欠电压（失压）脱扣器多为电磁式。

当电源电压在额定值时，失压脱扣器的线圈产生的磁力不足以将衔铁吸合，使开关保持闭合状态。

当电源电压下降（即欠压）到低于整定值或降为零时，其电磁吸引力不足以维持衔铁吸合，在弹簧的作用下衔铁被释放，顶开搭钩，而切断电源。

4）其它脱扣器

有复式的脱扣器。

开关同时具有电磁脱扣器和热脱扣器，称为复式脱扣器。

电磁脱扣器具有瞬时特性，可保护短路；热脱扣器具有延时特性，可保护过载所以复式脱扣器具有两段保护性。

5、辅助触头：

辅助触头与断路器主触头是联动的。

由传动机构带动，有常开与常闭两种形式。

其主要作用是通断信号电路或构成电路的联锁。

常见小空开很少使用。

6、外壳或框架：

外壳或框架是断路器的主要支承件。

常见小空开外壳多由塑料制成（所谓塑壳断路器），而一些大电流断路器由于体积及强度方面的要求框架多为钢质的，断路器的所有零部件均装于外壳或框架之内。

图3.1断路器结构简图

1——触点2——锁键3——搭钩4——转轴5——杠杆

6、11弹簧7——过电流脱扣器8——欠电压脱扣器

9、10衔铁12——热脱扣器双金属片13——加热电阻丝

14——分励脱扣器15——按钮16——合闸电磁铁

3.2高压断路器

3.2.1SF6断路器

利用六氟化硫（SF6）气体作为灭弧介质和绝缘介质的一种断路器。

简称SF6断路器。

六氟化硫用作断路器中灭弧介质始于20世纪50年代初。

由于这种气体的优异特性，使这种断路器单断口在电压和电流参数方面大大高于压缩空气断路器和少油断路器，并且不需要高的气压和相当多的串联断口数。

在60～70年代，SF6断路器已广泛用于超高压大容量电力系统中。

80年代初已研制成功363千伏单断口、550千伏双断口和额定开断电流达80、100千安的SF6断路器。

（一）结构分类

（1）瓷柱式SF6断路器。

其灭弧装置在支持瓷套的顶部，由绝缘杆进行操动。

这种结构的优点是系列性好，用不同个数的标准灭弧单元和支柱瓷套，即可组成不同电压等级的产品；其缺点是稳定性差，不能加装电流互感器。

（2）落地罐式SF6断路器。

其总体结构类似于箱式多油断路器，它的灭弧装置用绝缘件支撑在接地金属罐的中心，借助于套管引线，基本上不改装就可以用于全封闭组合电器之中。

这种结构便于加装电流互感器，抗震性好，但系列性差，且造价昂贵。

（3）3—35KV六氟化硫断路器。

有旋弧式、气自吹式和压气式三种，用于配电开关柜中，常常做成小车式。

（二）基本组成

三个垂直瓷瓶单元，每一单元有一个气吹式灭弧室；液压操作机构（弹簧操作机构）及其单箱控制设备；一个支架及支持结构。

每个灭弧室通过与三个灭弧室共连的管子填充SF6气体。

（三）灭弧单元

1.灭弧室分类

（1）双压式灭弧室。

它的灭弧室有两个压力系统，一个为压力约0.3—0.6MPa的压力系统（主要用于内间的绝缘）。

另一个为压力一般约1.4—1.6MPa的高压系统（用于灭弧）。

（2）单压式断路器中，只充有一种压力（0.3—0.6MPa）的SF6气体，在分段过程中，电弧靠开断时与触头同时运动的压气活塞形成高压力SF6气流来灭弧。

目前一般采用单压式，而双压式结构工艺复杂，现已被淘汰。

附：

各个生产厂家，根据自己设计型号，内部压力略有不同。

2.单压式灭弧室

（1）灭弧室结构

单压式灭弧室又称压气式灭弧室，它只有一个气压系统，即常态时只有单一的SF6气体。

灭弧室的可动部分带有压气装置，分闸过程中，压气缸与触头同时运动，将压气室内的气体压缩。

触头分离后，电弧即受到高速气流吹动而熄灭。

图3.2SF6断路器灭弧室装配

1－动弧触头；2－压圈；3－触指弹簧；4－触指弹簧；5－分子筛筐；6－静弧触头；7－均压罩；8－触指；9－触座；10－喷管；11－护套；12－阀挡环；13－滑动触头；14－压气缸；15－M16×25内六角螺钉；16－夹板；17－垫圈；18－挡圈；19－触座；22－接线端子；26－垫圈；27－阀座；28－阀片；31－塞子装配；32－动触头；33－缸体；34－接头；35－导轨；36－充气接头；37－接头；40－静弧触头座；43－拉杆；44－鼓形瓷套；46－接线端子；G1、G2、G14、G15、G16、G17、G18－密封圈

（2）灭弧原理

分闸时，操动机构通过拉杆使动触头、动弧触头、绝缘喷嘴和压气缸运动，在压力活塞与压气缸之间产生压力；当动静触头分离触头间产生电弧，同时压气缸内SF6气体在压力作用下，使电弧熄灭；当电弧熄灭后，触头在分闸位置。

 单压式SF6断路器又被分为定开距SF6断路器和变开距SF6断路器。

3.2.2真空断路器

　　真空断路器按其结构的功能可分为六个部分：

　　1）支架：

安装各功能组件的架体。

　　2）真空灭弧室：

实现电路的关合与开断功能的熄弧