ABB Emax系列框架式断路器储能故障分析与应对措施

摘 要

本文介绍了某发电厂低压配电系统中配套采用的ABB生产的Emax系列框架式断路器在使用过程中出现的问题，从实践的角度介绍了故障的处理方法，并从使用者的视角对设备相关部件的改进方向提出了建议。

【关键词】ABB Emax 框架式断路器 故障

某电厂低压配电系统中配置由ABB公司生产的新型Emax系列框架式断路器，在投运后的几年内，该型开关故障率呈逐年上升趋势，且多数故障现象均与储能机构相关，以下为主要的故障现象：

（1）开关合闸后，操作机构开始储能，到位后释放，再储能，如此反复。

（2）由于机构反复储能，部分开关操作机构出现限位机构损伤，开关面板紧固螺栓处被震裂。

（3）由于机构反复储能，开关合闸后受机构释放能量冲击致跳闸，然后再合闸。

（4）储能弹簧内部导向杆变形，导致弹簧卡死，无法储能。

（5）由于合闸半轴被卡死，远方无法对开关进行分闸操作。

1 故障原因分析

综合所有故障开关的现象发现，故障的早期均出现了储能方面的问题。以下为针对储能故障方面的原因分析

1.1 操作机构反复储能的直接原因。

（1）合闸半轴两端与侧板结合部摩擦力太大，导致合闸半轴回位缓慢。此时如机构处于电动储能的状态下，则可能当电动储能到位后，合闸半轴仍未到位，于是弹簧能量无法擎住，并瞬间释放掉，然后重新储能，如此反复，直到合闸半轴到位。在这种情况下，如果采用手动储能方式，由于手动储能速度较慢，储能到位时可能合闸半轴已到位，往往能储能成功。

（2）挂钩卡住合闸半轴，致使合闸半轴无法转动。如图1所示，正常情况下，按下合闸按钮时，合闸半轴下半部分向内转动，释放挂钩上移，能量释放后挂钩受回位弹簧的作用仍应回到原来的位置，即合闸半轴下部。当挂钩被卡在合闸半轴豁口上时，合闸半轴无法回转，则相当于合闸按钮一直被按住，此种情况下电动或手动均无法完成储能。

1.2 操作机构反复储能的间接原因

（1）运行温度的影响。长期的高温运行，开关操作机构上介质受温度影响后的有效作用时间缩短，导致操作机构内部不畅。如电除尘区域等高负荷低压配电开关，故障率明显高于其他低负荷配电开关。

（2）开关的操作频率低。根据生产厂家的建议，对于操作频率较低或者平时不进行操作的开关，需要定期对其进行切换操作，以改善操作机构的环境，防止久不操作的开关机构内部发生粘连。而实际上，在机组运行较为稳定的前提下，配电系统的开关是较少进行切换的。

（3）维护周期过长。在机组稳定运行的前提下，低压配电开关的停运机会较少，部分开关的维护无法做到每年一次，储能机构的环境恶化而致故障。

（4）设备特性。从老款Emax开关开始便曾出现开关操作机构循环储能并释放的情况，针对New Emax系列开关，ABB对主驱动轴两端轴承支撑部位进行了焊点加强，但该手段仅仅是增加了弹簧释放能量时驱动轴的抗冲击强度，并不能从根本上解决循环储能的问题。通过对某进口品牌同类型断路器进行拆解发现，其各转轴的回位弹簧材质及强度明显优于ABB，回位弹簧的强度与转轴的效果直接决定了转轴的工作效率。

（5）开关设计缺陷。Emax开关采用的是合闸后储能的方式，通过合闸半轴的回位时间和机构储能时间的配合来完成储能。实践表明，一旦合闸半轴两端摩擦力偏大或者半轴上的挂钩稍微存在位置偏差，则有可能开关储能已完成时合闸半轴还未回到位。这说明该型开关在此设计上欠缺配合的裕量。另外，一旦合闸半轴被卡住，相当于合闸按钮一直处于被按下的状态，那么在电动储能的情况下，运行人员在远方操作开关时，开关会一直循环储能和释放的过程，且无法对开关进行分闸。只能手动断掉储能电源后方能分开开关。这样的设计缺陷与“故障情况下分闸优先于合闸”的常规理念不符，对低压配电造成很大的隐患。

2 应对措施

（1）定期对负荷进行切换，对于长期处于热备用而不操作的开关，需定期在试验位进行操作试验，确保储能机构正常。

（2）按计划开展开关的维护工作。1年以内进行一次一级维护，3年以内进行一次二级维护（一级维护主要针对操作机构进行，二级维护在保养操作机构的基础上增加了灭弧室和开关内部触头的检查等）。利用运行期间负荷切换的机会，对备用开关进行保养。

（3）设备改进建议：增加操作机构各部位的配合裕度，提高各转动轴回位弹簧的强度，实现分闸优先于合闸，改良开关密封性能以延长开关的免维护周期。

3 结论

该厂实际运行经验表明，Emax系列低压框架式断路器整体运行情况稳定，但在维护周期相对较长或者运行环境较差的情况下，易出现因不畅或机械变形等原因所致的储能故障。通过缩短维护周期，提高开关的切换频率等方法可以有效降低故障率。同时，增加操作机构各部件的配合裕度、提高各转轴回位弹簧的强度、实现分闸由于合闸、改善开关外壳密封性能等方面仍应该是该型设备改进的方向。

参考文献

[1]张启友. ABB新Emax E系列低压空气断路器.电气应用[J]，2005，24（2）：29-31.

[2]厦门ABB低压电器设备有限公司.Emax低压空气断路器安装、使用和保养说明书.L5439

作者简介

江旭（1986-），男，四川省内江市人。华南理工大学工学学士。现为广东惠州平海发电厂有限公司助理工程师。从事大型火力发电厂电气设备技术管理工作。

作者单位

广东惠州平海发电厂有限公司 广东省惠州市 516363