ZH-XQB型电磁线圈保护装置的原理及应用

[摘 要] 在高压电器领域，电磁线圈应用在高压断路器的分、合闸回路中，高压断路器发生拒分、拒合故障时，多数电磁线圈不能限时断电而烧损，因此电磁线圈的安全运行，一直倍受人们关注。zh — xqb型电磁线圈保护器的限时断电功能及反电势功能，可以有效保护高压断路器的分、合闸电磁线圈。

[关键词] 高压断路器 电磁线圈 限时断电 反电势 电磁兼容

1． 前 言

电磁线圈在电力系统中应用非常广泛，在高压电器领域，电磁线圈应用在高压断路器的合闸回路及分闸回路中。

高压断路器是电力系统中最重要的开关设备，在正常运行时，断路器可以接通和切断电气设备的负荷电流；在电力系统发生短路故障时则能可靠切短路电流，防止事故扩大，保证电力系统安全运行，因此断路器的操控是电力系统最重要的控制操作。跳闸操作：断路器控制器发出分闸命令，分闸电磁线圈励磁，启动阀系统或挚子系统，通过液压或弹簧力的释放，驱动断路器灭弧室的主触头，完成断路器的分闸操作，当断路器跳闸操作完成即刻，断路器的动合触头（辅助开关）qf1立即断开，断开分闸电磁线圈回路。合闸操作：断路器控制器发出合闸命令，合闸电磁线圈励磁，启动阀系统或挚子系统，通过液压或弹簧力的释放，驱动断路器灭弧室的主触头，完成断路器的合闸操作，当断路器合闸操作完成即刻，断路器的动合触头（辅助开关）qf2立即断开，断开合闸电磁线圈回路。

在许多应用电磁线圈的场合，特别是应用在高压断路器中，要求电磁线圈体积小，功率要大，为确保电磁线圈安全，电磁线圈的通电时间有严格限制。如果断路器的动合触头（辅助开关）出现故障，无法迅速完成合—分转换，这样电磁线圈无法及时断电，使电磁线圈因通电时间过长而烧毁；还有一些故障是使电磁线圈因通电时间延长，使电磁线圈经受过热，导致电磁线圈绝缘损坏。

根据电力集团公司、省（自治区、直?市）电力公司（局）的统计，从1990年到1999年10年中，10千伏等级到220千伏等级配电开关共发生事故1608次，其中拒分事故共发生331次，占事故总数的20.6 %；拒合事故共发生了90次，占事故总数的5.6 %，这种拒分、拒合故障中，多数电磁线圈不能限时断电而烧毁。因此电磁线圈限时通电及确保电磁线圈安全运行，一直是电力系统中倍受关注的问题。

另外，电磁线圈中电流由导通状态转断开状态的过程，会产生很高的感应电动势，危及电磁线圈的绝缘。

2． zh—xqb型电磁线圈保护装置的原理

2．1 电磁线圈损坏原因

温度是一个基本的围物理量，许多设备的故障是由过热而造成的。在正常运行时，电磁线圈在规定时间段内，工作电流产生的能量转变为热能，使线圈温度升高，一般不会超出规定范围；但如果超过规定时间通过工作电流，会使电磁线圈过热，而使线圈的物理性能及绝缘性能迅速下降，甚至损坏线圈。另一个原因是过高的反电动势，使线圈匝间绝缘受到破坏。

2．2 —xqb型电磁线圈保护装置的原理框图zh

zh—xqb型电磁线圈保护装置的原理框图见图1。

图1 zh—xqb型电磁线圈保护装置的原理框图（虚线框内）

2．3 工作原理

直流电磁线圈通电工作。直流电源正端经常性开关k和辅助开关触点fk等接到保护器端子1，开关电源立即工作；同时电源又经常性延时触点p1、保护器端子4及经直流电磁线圈回到直流电源负端，直流电磁线圈启动工作（例如完成分闸操作）。

吸收反向电动势”电路。当辅助开关触点断开电源时，保护器内部“吸收反向电动势”电路工作，吸收触点断开电源时产生的反向电动势，延长了直流电磁线圈的使用寿命。

延时控制电路。当直流电磁线圈控制器电路有故障不能即时断开电磁线圈电路时，线圈保护器内部的“延时控制电路”在2秒左右强行断开直流电磁线圈电路，从而确保直流电磁线圈不会烧坏。

消弧电路。为了削弱辅助开关触头断电拉弧，可将保护器内部“消弧电路”从保护器端子3号，连接到通断的“触点”前，就可消除通断形成的电弧。

抗干扰限幅电路。抗干扰限幅电路可以削弱串入保护器的强干扰电压幅值。

3、主要功能及抗扰度试验

3．1 主要功能

3．1．1 限时断电功能

利用电磁线圈动模实验仪，对电磁线圈保护装置（本台已设置限时2秒）进行了检验。

检验装置示于图2，检验数据见表1。

表1 zh—xqb电磁线圈保护装置限时断电时间 （dc=220v ，单位：s）

次 数 1 2 3 4 5 断电时间 2.22 2.21 2.23 2.19 2.25

检验表明：zh — xqb型电磁线圈保护器限时为2秒±0.5。

图2 限时断电时间检验装置

3．1．2 对断路器合、分线圈反向电动势的吸收能力

检验线路示于图3，检验数据见表2。

表2 反向电动势吸收能力试验数据

序号 电磁线圈型号 （电压、线圈电阻） 测试电压 v 未加保护反电动势 （v） 加保护反电动势 （v） 1 额定电压 220v 电阻：120 143 350 100 220 600 175 265 925 200 2 额定电压 220v 电阻：80 143 500 150 220 1000 250 265 1200 300 3 额定电压 220v 电阻：43.3 143 850 250 220 1200 300 265 1300 300

结论: 能吸收在65% ~ 120%额定电压下各种线圈反向电动势的70% ~ 80%.

图3 检验断路器合、分线圈反向电动势的吸收能力电路

3．2 电磁兼容试验 （在国家继电器质量监督检验中心进行）

3．2．1 振荡波抗扰度检验

对电磁线圈保护器的电源、输出回路进行了共模2.5 kv，差模1 kv的振荡波抗扰度检验，检验表明：严酷度为 ⅲ 级。

3．2．2 电快速瞬变脉冲群抗扰度检验

对电磁线圈保护器的电源、输出回路进行了±2 kv/5 khz的电快速瞬变脉冲群抗扰度检验，检验表明：严酷度为 ⅲ 级。

3．2．3 浪涌抗扰度检验

对电磁线圈保护器的电源、输出回路进行了线—地 ±2 kv，线—线 ±1 kv的浪涌抗扰度检验，检验表明：严酷度为 ⅲ 级。

3．2．4 工频磁场抗扰度检验

采用浸入法对对电磁线圈保护器施加连续磁场30s（磁场强度 100a/m），短时磁场3s（磁场强度 300a/m）。检验表明：严酷度为 ⅴ 级。

4、 zh — xqb型电磁线圈保护器的应用

4．1 用于高压断路器合、分闸线圈保护

高压断路器合、分闸线圈中接入zh — xqb型电磁线圈保护器后，该高压断路器的合、分闸功能及合、分闸时间满足该断路器技术要求；由于增加了限时断电功能及反向电动势吸收功能，更有效地保护了合、分闸线圈。

zh — xqb型电磁线圈保护器已大量应用于西安高压开关厂、平顶山高压开关厂及北京开关厂生产的高压sf6断路器产品中。lw25—126的合、分闸线圈中接入zh — xqb型电磁线 保护器现场检验见图4，检验数据见表3

图4 zh — xqb型电磁线圈保护器应用在高压sf6断路器lw25—126中

表3 断路器lw25—126中接入电磁线圈保护器后分闸时间检测数据 （dc=220v 单位：ms）

没有接入 zh — xqb型电磁线圈保护器 a 26.8 26.8 26.7 b 26.6 26.7 26.6 b 26.6 26.6 26.6 接入 zh — xqb型电磁线圈保护器 a 95.3 95.3 95.3 b 95.3 95.2 95.3 c 95.3 95.3 95.2

4．2 用于电磁阀线圈保护

电磁阀线圈（dc=220v/线圈电阻6000 ）工作于瞬间通电或断电，它不长期通电，所以线圈的发热的影响可以不考虑。但是这种线圈电感量大，而且通—断电流变化率 大，因此会产生很高感应电动势，如果没有感应电动势吸收电路，会破坏线圈内绝缘，损坏电磁阀线圈，在这种场合可以应用 zh — xqb型电磁线圈保护器。

5．结 论

高压断路器的拒分、拒合故障中，多数电磁线圈不能限时断电而烧毁；另外，电磁线圈在通—断过程中产生的高反向电动势，因没有反电势吸收电路而损坏线圈内绝缘。因此，高压断路器的合、分闸线圈中接入zh — xqb型电磁线圈保护器，可以有效地保护合、分闸线圈。

zh — xqb型电磁线圈保护器也可 以用于保护电磁阀线圈。