杨 植

（广东粤电中山热电厂有限公司，广东中山 528403）

ABB 公司生产的VD4 型真空断路器由于运行可靠、灭弧性能优秀，在电厂6 kV 断路器柜所配置的中置式真空断路器中应用广泛。以某厂为例，4台330 MW 机组，共配16 段6 kV 母线，共212 台ABB VD4 型中置式真空断路器，使用至今无1 台发生拉弧、短路、爆炸等重大事故。但在实际操作过程中，由于断路器合闸闭锁电磁铁故障，导致发生多次因断路器合闸机构闭锁而无法正常合闸事件，并造成了不良后果。因此，需高度重视此问题并采取相应的改进措施，以使机组安全运行。

1 VD4 型真空断路器存在的问题

2017 年以来，该厂陆续发生过多台热备用负荷的VD4 型真空断路器无法合闸的事件。经统计，至2020 年底共发生18 起热备用负荷的VD4 型真空断路器无法合闸，涉及磨煤机、循环水泵、6 kV母线备用电源等各类热备用负荷，特别是2018 年发生1 起机组跳闸后因电泵电源拒合而导致锅炉干锅，使得故障扩大，事后经查均是合闸闭锁电磁铁烧坏而使断路器合闸机构闭锁，导致无法合闸。可见断路器合闸闭锁电磁铁一旦损坏将使断路器不能正常备用，如果不及时发现处理将会影响机组负荷调整和安全运行。

2 故障分析

VD4 型真空断路器合闸闭锁电磁铁工作原理如图1 所示[1]：当断路器处于跳闸状态而断路器柜手车处于工作位置时，合闸闭锁继电器Y1 通过小车工作位置的常开接点S9、断路器辅助接点S3-1和整流桥V1 构成回路而产生励磁，Y1 线圈动作吸合动铁芯金属杆，开放断路器的合闸脱扣机构S2，允许合闸。当断路器处于跳闸状态而断路器柜手车处于试验位置时，合闸闭锁继电器Y1 通过小车试验位置的常闭接点S8、断路器辅助接点S3-1 和整流桥V1 构成回路而产生励磁，Y1 线圈动作吸合动铁芯金属杆，开放断路器的合闸脱扣机构S2，允许合闸。在断路器处于合闸位置时，开关柜手车不论在“工作位置”还是在“试验位置”，均由断路器的常闭辅助接点S3-1 断开此回路，Y1 线圈失电，动铁芯金属杆弹出，闭锁断路器的合闸脱扣机构S2，不允许重复合闸。

图1 VD4 型真空断路器合闸闭锁原理图

当断路器不在工作位或者试验位时，位置接点S8/S9 不通，合闸闭锁电磁铁Y1 失电，动铁芯金属杆弹出，闭锁断路器的合闸脱扣机构S2，不允许合闸，由此可知，VD4 型真空断路器闭锁电磁铁的作用是通过其动铁芯金属杆与断路器合闸脱扣机构S2 相互配合防止推拉小车过程中合闸，实现断路器五防功能中的防止带负荷推拉小车，即相当于防止带负荷拉合隔离开关。虽然这个设计是合理的，但也存在一个隐患，就是合闸闭锁电磁铁线圈烧毁也会导致断路器合闸闭锁。线圈烧毁一旦需要断路器合闸时也无法合上[2-3]。

综合分析近年来合闸闭锁电磁铁线圈频繁烧毁的原因，主要有以下几点：一是当负荷长期处于热备用状态时，由于断路器控制操作电源不允许断开，合闸闭锁电磁铁长时间带电，电磁铁容易发热导致线圈发热老化甚至烧毁。二是随着市场竞争激烈，市场上的电磁铁线圈生产厂家增多，产品质量参差不齐，为控制成本，使用的材料质量可能较以前有所下降。

3 改进措施

由于断路器在运行状态下无法监视其合闸回路，若此时合闸闭锁电磁铁线圈烧毁，对断路器运行并无影响，且现有VD4 真空断路器的控制回路上未设置对合闸闭锁电磁铁的合闸监控指示回路，所以该故障不易被及时发现。只有当断路器合闸时该故障才会被发现，从而造成紧急情况下无法及时送电的隐患。在电厂内诸如磨煤机的重要辅机电源开关合闸闭锁电磁铁损坏，则不能及时启动辅机，影响发电机组负荷调整。如6 kV 母线备用电源开关合闸闭锁电磁铁损坏，则不能正常备用，如果不及时发现，一旦机组跳闸，备用电源拒合，事故就会扩大，影响机组安全。为此，我们考虑过多种措施进行处理。

a）取消合闸闭锁回路。这种方法可以避免因合闸闭锁电磁铁故障而不能合闸的问题，但取消合闸闭锁电磁铁后，合闸回路不受限制，很显然这种方法存在带负荷进行操作手车的危险，不满足电力系统五防的要求。

b）改进操作方式，尽可能减少合闸闭锁电磁铁通电时间。断路器处于断开状态时，安排运行人员将控制电源切断，合闸闭锁电磁铁就不带电，合闸前再送控制电源，但很显然这种操作方式满足不了电厂机组负荷随时调整启停的要求和备用电源必须快速投入的安全需求。

c）利用机组大小修停电时，定期更换合闸闭锁电磁铁。该措施在一定程度上降低了合闸闭锁电磁铁在运行中烧毁的几率，但仍无法提前发现电磁铁故障，消除不能及时送电的隐患。

为在日常运行巡查中能随时监控VD4 断路器合闸闭锁电磁铁的状态，提前发现隐患，及时处理，以实现现有的VD4 断路器安全运行和正常热备用的要求，针对原控制回路进行了改进，在VD4 断路器本体上增加对合闸闭锁电磁铁的监控指示回路（如图2 所示，虚线框部分为增加的回路）。

图2 VD4 型真空断路器合闸闭锁增加监视回路

监控指示回路由绿色发光二极管作为指示灯LD 与其限流电阻RLD串联组成，绿色发光二极管LD 安装在VD4 真空断路器的面板上，从辅助开关S3 的第一常闭接点S3-1、运行位常开接点S9 以及试验位常闭接点S8 的公共端引出，经过指示灯LD与限流电阻RLD后，接至闭锁电磁铁的常开接点S2以及辅助开关S3 的第二常闭接点S3-2 的公共端。

VD4 真空断路器在试验位或者工作位且控制电源有电状态下，控制电源的一端经过运行位常开接点S9 和试验位常闭接点S8、指示灯LD 及其限流电阻RLD、处于闭合状态的闭锁电磁铁Y1 的常开接点S2、合闸脱扣继电器Y3 线圈至合闸线圈用整流桥V3 构成回路，指示灯LD 正常亮，指示闭锁电磁铁Y1 及其合闸电路正常；当闭锁电磁铁故障时，监控指示支路的一端失电，指示灯LD 不亮，指示合闸电路有故障，设备已失去备用功能，需要马上检查和处理。

VD4 真空断路器合闸运行时，辅助开关S3 的第二常闭接点S3-2 断开，监控指示支路与合闸电路其他回路隔离，监控指示支路的一端失电，指示灯LD 不亮，对开关所有的控制无任何影响。

此改进简单易行，安全可靠，可以对断路器的合闸闭锁电磁铁回路实施有效可靠的监控指示。将灯安装在开关本体的面板上，在面板上开孔安装指示灯，在开关辅助接点S3 的1、2 上引出2 根线即可，时间约0.5 h 即可完成，所增加的监视用绿灯LD 选用发光二极管、高内阻等工艺制作的节能灯，发热量小，绿灯正常运行时电流为13 mA 以下，安全可靠，安装后很好观察。该监控指示支路不仅用于可靠地监视合闸闭锁电磁铁是否正常，还能监视VD4 真空断路器在工作或试验位时分闸状态下整个合闸回路上的储能接点、辅助开关接点、合闸闭锁用整流桥、合闸线圈用整流桥、合闸脱扣继电器的合闸电路是否正常，确保平时巡检发现合闸电路的异常，以便提前处理缺陷，保证备用设备的备用功能可靠。

4 结束语

在VD4 断路器本体上增加对合闸闭锁电磁铁的监控指示回路的改进措施实施后，断路器运行稳定，厂内没有再发生过备用断路器因合闸闭锁电磁铁故障而无法及时合闸的事件，巡检人员在日常巡检过程中就能及时发现合闸闭锁电磁铁故障，提前处理，将隐患消灭于萌芽之中，提高了发电机组备用辅机和备用电源的可靠性，确保了发电机组负荷增加时能及时开启备用辅机，确保备用电源在工作电源故障时能正确投运，确保不因为辅机投运不上而损失调度负荷，不再出现发电机组事故跳闸后电动给水泵开关投运不上而导致锅炉干锅等恶性事故。