还谈永磁机构问题

1 前言
   笔者在本刊2006第1期发表题为《再谈永磁机构问题》的文章,而在本刊2006第2期上有作者发表《我看永磁机构断路器的是与非》(以下简称《我看》)的文章,提出永磁机构的不足之处,就此笔者还想谈一下永磁机构及有关问题。
2 对如下几个问题的看法
2.1关于手动分闸问题
  有些《产品样本》中提出:如果分闸控制系统出现故障不能分闸时,则加装手动分闸装置(非人力分闸)进行手动分闸,《我看》一文中提到该公司产品也有手动分闸功能。该公司产品ISM型真空断路器配用单稳态永磁机构,并组装成直动式,内装有触头弹簧及分闸弹簧。在正常情况下进行分闸时,给一反向电流产生磁通进行消磁则在分闸弹簧和触头弹簧力的作用下分闸o手动分闸是否进行补充型式试验,如果进行试验应提供试验报告,否则进行补充型式试验。
  国内外的开关行业在技术面前是人人平等的,对产品的要求也是国内外一样,对国外产品不能例外,要防止有缺陷的产品流入我国市场。
2.2 关于手动合闸问题
   既然有可能分闸系统出现故障不能分闸,则加装了手动分闸装置那分合闸控制系统也有可能出现故障合不上闸,而且笔者在前文己谈了出现合闸装控制系统失灵不能合闸所以笔者认为也应当装有手动合闸装置(非人力合闸)。《我看》一文介绍ISM型真空断路器时只提到有手动分闸功能但没有提到是否配有手动合闸装置,只是在文章中提出可装有UPS电源的建议,笔者认为只加装UPS电源可能会有如下问题。
(1)需要外加辅助电源并还需要有监视电压的电压表。
(2)当合闸于永久性故障(如带地线合闸)时,继电保护动作,给分闸命令,这时仍有合闸命令存在,但只响应分闸命令故将合闸命令封闭断路器分闸o如果合闸控制系统出现故障合不上闸,用UPS电源,而且合闸于永久性故障时继电保护动作给分闸命令,因仍有合闸命令存在所以断路器不能分闸,势必使上一级分闸造成扩大事故。由此可见,只用UPS电源不能满足要求,与弹簧机构相比仍有不足之处。
2.3防跳问题
  防止跳跃定义:当合闸于永久性故障电路时继电保护动作,断路器分闸,虽然合闸命令没有解除,但断路器不能再次合闸。
《我看》一文中介绍ISM型真空断路器具有防跳功能,而且其他厂生产真空断路器配用永磁机构的《产品样本》中也说有防跳功能,笔者认为则不然。
实际上合闸于永久性故障时继电保护动作,给分闸命令,虽然合闸命令仍然存在,但只响应分闸命令则将合闸命令闭锁使断路器分闸这与防跳定义中合闸命令仍然存在是相反的所以笔者认为不具有防跳功能。
有的操动机构带有防跳动装置如3AF型、3AH型真空断路配用弹簧机构有防跳继电器,早期电磁机构用接触器带有防跳功能;但有的操动机构没有防跳动装置,如CDIV、CD5-370型电磁机构;又如CT8、CT17、CT19型弹簧机构等都没有防跳动装置。笔者在工作中全部使用配电盘的放跳继电器,操动机构内如有放跳装置也是撤掉不用O如HPGE-15E型少油断路器配用BR9型弹簧机构也是把其中的防跳装置撤掉不用。笔者工作几十年未发现断路器跳跃,请详见笔者在本刊2005年第1期上发表题为《关于断路器防跳装置的建议》的文章。笔者再次向运行单位建议:在新装机检修时应配合继电人员在配电盘模拟进行防跳装置相互动作试验,即手动控制开关合闸,控制开关仍在合位,短路过电流继电器接点断路器分闸,但断路器不能再次合闸,以检验防跳动装置是否良好。
2.4 自由脱扣
  自由脱扣定义:在合闸过程直到合位,虽然合闸命令没有解除,但断路器仍能分闸。
如CD105D5-370型等电磁机构其四连杆机构都带有自由脱扣,在检修时对CDlO型电磁机构检验其自由脱扣,用手动人力合闸工具进行人力合闸,其四连杆机构形成有一个临时固定中心,连杆机构绕这一临时固定中心轮动直至合闸,手动人力仍保持在合位,再使分闸电磁铁动铁心动作,致使临时固定中心位移形成五连杆机构在分闸弹簧力的作用下断路器分闸,实现了自由脱扣,称为机械自由脱扣。笔者在文中提到过去不带自由脱扣的CD12、CD13型等电磁机构原电力部下文要求限期更换,而且DIA02二1999《交流高压开关断路器订货技术条件》标准中:133电磁机构应是具有自由脱扣装置。
   永磁机构基本上是电磁铁与永久磁铁的结合,其电源是电容器储能放电于分、合闸电磁铁线圈励磁,进行分、合闸操作,并有永久磁铁保持在分、合闸的极限位置,这是双稳态结构;另一种装有分闸弹簧和触头弹簧,当合闸时电容器放电于电磁铁线圈励磁,使动铁心动作合闸并将分闸弹簧和触头弹簧压缩储能,并有永久磁铁保持在合位分闸时有分闸电容器向线圈给以反向电流进行减磁在分闸弹簧和触头弹簧力的作用下分闸,并有分闸弹簧保持在分闸位置,这种是单稳态结构。当合闸于故障电路时,继电保护动作控制系统发出分闸命令这时仍有合闸命令存在但永磁机只响应分闸命令,即将合闸命令封闭,则断路器分闸,笔者认为这是自由脱扣,也符合DIA02标准要求,是否应称为电气自由脱扣这是永磁机构独有特性,与同行们商讨。
  《我看》一文中说:中国生产的永磁机构都是双稳态的,这是片面的看法,我国东北某厂生产的ZNBA-1I型真空断路器所配用的永磁机构就是单稳态的。
  《我看》一文中还提到该公司的产品ISM型断路器几乎适用于所有场合。笔者在文上中已提到:交流操作的变电站,当全停电检修时永磁机构只能合分两次,不能满足开关柜及断路器维修时操作的要求,永磁机构有它的局限性所以不适用于交流操作的变电站。如农村、大厂矿的车间以及小厂矿的变电站等。
2.5永磁机构真空断路器的名称问题
  《我看》一文中提出"永磁机构真空断路器"的名称,笔者认为不妥,不能把永磁机构冠于真空断路器之前。因为永磁机构配于真空断路器本体的,或者说真空断路器是本体与永磁机构的组成的。如国产VSM-12型真空断路器该公司产ISM型真空断路器等。其他刊物中也曾经提到"永磁机构是真空断路器的主体"的说法,这是错误的,笔者对此作如下探讨。
(1)断路器的组成
 断路器的本体(包括灭弧室、支持绝缘子等)与操动机构通过运动机构组成的。如SN10-10型少油断路器配用CD10型电磁机构传动系统又如VSM-12型真空断路器配用MSI型永磁机构操动系统;但真空断路器的本体与单稳态永磁机构可组成直动式结构,如ISM真空断路器配用单稳态永磁机构组成直动式结构。
  12KV电压级真空断路器可配用几种操动机构,如ZN28-10型真空断路器可配用CD17型电磁机构、CT17型和CT19型弹簧机构。
(2)断路器的作用
   GB1984-XXXXX《高压交流断路器》3A1034:能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流,并能关合在规定时间内承载和开断异常回路条件(如短路条件)下的电流的机械开关装置。
笔者领会是否可以归纳如下。
(1)控制作用:能在正常条件下关合、开断有载和无载电流,并能承载长时间的额定电流。
(2)保护作用:能在异常条件下关合,并能在规定时间内承载和开断短路条件下的故障电流的械开关装置。
2.6操动机构的作用
   操动机构是被配用于断路器的本体,是执行指令进行分、合闸操作的司令部,也是作动元件的所在地,将某种能源的功能转换为机械能以此来驱动断路器触头作分、合闸操作并能在正常和异常条件下可靠地反复进行如下操作。
 (1)接受指令关合断路器触头,并能保持在合闸位置。
 (2)接受指令开断断路器触头,并能保持在分闸位置。
 (3)断路器的命名。
   断路器的命名是以灭弧室中的灭弧介质命名的,如灭弧介质为开关油则称油断路器·灭弧介质为SF6气体则称与SF6断路器;灭弧介质为高真空则称真空断路器,并非以操动机构的能源来命名的,而且该公司的ISM型真空断路器也不是以操动构机的能源、命名的,再者如DL402-1991年标准中也是这样命名的:1102.6油断路器-1102.7真空断路器;3.102.9SF6断路器。
 (4)操动机构的命命。
  操动机构基本上是以能源来命名的,如以弹簧力作为能源称弹簧机构;以压缩空气作为能源称为气动机构;以电能通过电磁铁来作功称为电磁机构等,而且在DIA02-1999标准中也是这样命名。
  (5)合闸操作。弹簧机构、电磁机构、气动机构。
  从上述可以看出断路器前面冠有操动机构名称是不合适的,该公司《产品样本》介绍中也没有冠有永磁机构而是ISM系列真空断路器。所以称"永磁机构真空断路器"或"弹簧机构真空断路器"是不妥的,应按标准命名才对。
  另外操动机构是配于断路器本体的是属于从属地位,断路器的本体才是断路器的主体,进一步说灭弧室是断路器的本体。如果仍用开关油作为灭弧介质的油断路器配用再好的操动机构也达不到开断4OKA、5OKA甚至63kA而且国家电网公司发布"三个文件"中要求电力部门选用断路器时12kV~405kV电压等级选用真空断路器·725kV及以上电压等级选用S凡断路器。
2.7 免维修问题
  《我看》一文中提到免维修,而且其他厂家的《产品样本》中也都提到"免维修",对此笔者有不同看法。
(1)国标中尚有维修的规定,如GB11022-1999《高压开关》设备和控制设备标准的共同技术要求》中:10.4维修。
(2)国家电力公司2000年9月28日发布的"防止电力生产重大事故的二十五项重点要求"之16"防止开关设备事故"中。
(3)开关设备应按规定的检修周期、实际累计短路开断电流及状态进行检修周期,尤其要加强对机构的检修,防止断路器拒分、拒合和误动以及灭弧室的烧损或爆炸……,笔者认为还应防止断路器偷跳。
(4)又如电力行业标准规定要进行预防性试验如DL596-1996《电力设备预防性试验规程》。
(5)东北电力集团公司也制订了真空断路器安装验收维修导则,如DUT10-1997《户内真空断路器的安装验收、检修维护导则》。
笔者从事开关设备维护工作几十年,在开关事故调查中深深体会到维修开关设备是必不可少的。如某钢厂的电炉变压器用35kVSF6断路器,三相是共箱的,由于辅助开关与主轴连接的螺栓脱落合不上闸,维修人员就手动人力合闸未合到底而慢分致使断路器爆炸,其固定前护板34个M10螺栓全部崩断使前护板崩出将维修人员推出约5米远其头部碰到金具上当场死亡,其教训是深刻的。分析其原因,断路器的上盖有防爆膜,但遗憾的是没有爆破,生产厂家要负责任的。该钢厂技术管理不到位运行中的断路器不允许手动人力合闸没有贯彻好。再者维修工作未到位,事故前在维修工作中没有检查出其连接螺栓松动等等结果造成悲伤的人身死亡事故。又如大连某中外合资厂,车间变电站进行63kV电缆绝电阻测定,先将断路器分闸,但手车未拖出柜外(即仍在工作位置)就进行测定,测定C相电缆时由于真空灭弧室的真空度下降,击穿断口通过摇表接地,由于主变电站没有防电磁谐振装置,引起过电压使主变电站母线A相避雷器爆炸,造成AZ相接地短路事故,不仅本厂全停电也影响到系统停电而且测定人员脸部烧伤。这说明真空断路器的灭弧室质量有问题,造成漏气,又说明该厂开关维修工作不到位没有进行真空度测试或断口耐压,而且技术管理不够,运行人员误操作没有将于车拖出柜外。
   自我国改革开放以来国外产品引进不少,这对我国电力系统的安全运行做出了贡献同时又对我国开关行业起到促进作用。但国外产品也有不足之处,在实际运行中也发生故障,如分、合闸用辅助开关接点容器烧损;220kVSEK断路器的绝缘拉杆连接处强度不够造成脱落;又如分闸弹簧设计不合理,发生疲劳分闸速度降低;SF6断路器密封不严产生漏气;在事故时拒分,分闸线圈烧损造成扩大事故;35kV充气柜(C-GIS)密封不良漏气;SF6断路器绝缘拉杆闪络;有的SEK断路器分闸动作电压低于30%额定值,不符合GB11022及DIA02标准,发生偷跳数起;又如有的弹簧机构没有机械联锁·有的弹簧机构的分闸电磁铁水平安装其尾部距离前护板较近当事故时继电保护动作给分闸脉冲时其前护板也被磁化两者产生吸引而拒分;有的手车柜其后下门(护板)与接地开关间没有联锁即缺少"防止误入带电间隔"这个重要措施等等,请国内外开关行业重视这些问题应加强产品的质量和改进。同时给电力系统的开关工作同行们提个醒,不能认为国外产品什么都好,要经过考查结合我国国情,进行选购,如果国内产品的质量和性能与国外同类产品一样,而且价格也便宜(有的国外产品价格比国内同类产品高达2倍以上)就应当选用国内产品,同时国内厂家售后服务也较好,如大连某单位开关柜内真空断路器的灭弧室发生故障经过联系开关柜生产厂、真空断路器生产厂和真空灭弧室生产厂三家一起来分析原因和处理并得到迅速解决。同时也是大连某单位安装的国外某公产Z25kV充气柜,柜内装SF6断路器密封不良漏气,几次联系外商才来处理,结果又多花费17万元人民币相当于一台国产125kVSF卢断路器的新产品价格。
   在此笔者希望国外的开关行业的同行们也要做好售后服务工作。就上述一些问题不维修行吗?不仅需要维修而对其缺陷要进行改进来解决问题。其次据2005年度《全国电力系统开关工作总结和事故分析》中仅2005年外商某公司在我国的开关设备发生故障就达21台/次之多与中国厂家合资产品的故障也有5台/次之多。
   从上述提出部分国内外开关设备出现一些问题,说明维修的重要性和必要性不仅国内产品需要维修,国外产品同样也要需要维修。当然现在的产品经过不断的改进和开发,新产品的质量、性能和可靠性不断的提高,故障率也随之减少,所以维修制度也相应的改变,过去机械地以时间为依据进衍维修,现在改为以开关设备状态来进行维修则称为状态维修,对设备状态进行监视、分析论证来确定维修,要做到"该修必修、修必修好"。有些国内厂家说产品可保证质量"免维修",说实在的笔者作为老开关工作者何尝不希望也是如此质量好的产品使用起来也放心。如某钢厂先后发生两次真空断路器(配用永磁构机)爆炸事故。虽然永磁机构的机械部件减少很多,特别是单稳态永磁机构与真空断路器本体组成直动式又减少了转动部件。既便这样仍有少量机械部件,如三相连接于同步轴,并有机械联锁,
 
   辅助开关(有的称微动开关)的连接以及永磁机构铁心驱动杆与动触头绝缘杆的连接等尚有控制系统、电容器及断路器的开合、开断等,也有发生机械和电气故障的可能。前面所述由于辅助开关失灵手动人力合闸造成人身死亡事故,也是由于辅助开关失灵发生拒分、拒合使分、合闸线圈烧损。又如辅助开关连接线端螺栓松动,当事故时给分闸脉冲即发生断续情况致使上级分闸造成扩大事故。
  所以对各处连接线的紧固螺栓紧固情况要进行检查紧固,尤其对频繁操作的断路器,由于震动致使紧固螺栓松动,从而可以看出维护工作是多么重要。所以请国内外的同行们不要简单的提出"免维修"的概念,以免误导,笔者认为运行单位还要执行状态维修制,使断路器处于良好状态,以保证电力系统安全运行。

3 结束语
综合所述,单稳态永磁机构可与真空断路器本组成直动式,减少运动部件,进一步提高可靠性,但遗憾的是没有手动合闸装置因为有的用电单位具有一定的特殊性,如煤矿井下抽水机、制药厂制药时、医院手术时、机场、海港、铁路、广播电视台、钢厂及国防等用电是不能间断的一旦停电就要马上送电。所以如果合闸控制系统出现故障不能合闸时,就得用手动合闸装置送电。在此笔者再次提出建议:如果国内外产品有手动合闸装置应进补充型式试验并提供试验报告给用户;现在的产品没有手动合闸装置应研制完善,并也应进行补充型式试验也提供试验报告给用户。笔者同意这样的观点:永磁机构和弹簧机构各有利弊、各有千秋,都应该改进完善,提高其可靠性,满足用户要求,为电力系统的安全运行作业更大的贡献。