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摘要：本文从原理上分析了弹簧操作机构断路器分合闸线圈发生故障的原因，并通过柳州供电局2010年1月至2014年7月的断路器检修记录，统计分析了各类分合闸线圈故障的特性，并提出对应的防范措施。
关键词：断路器，分合闸线圈，烧毁，故障分析，防范措施
一、引言
断路器是电力系统中最重要控制和保护设备，可根据需要将部分或全部电力设备及线路投入或退出运行，当电力系统发生故障时，能与保护自动化装置配合，将故障部分从电力系统中迅速切除，减少停电范围，保护系统中的各种设备不受损坏，保证系统无故障部分安全运行。
分合闸线圈是断路器的核心控制元件，线圈发生故障将使断路器无法分合闸，造成极大的危害。当系统发生故障时，若断路器分闸线圈出现故障导致拒动，将会造成越级跳闸、扩大停电范围，甚至造成电力设备被烧毁的严重后果。断路器合闸线圈发生故障导致拒动时，虽然不会造成的大的危害，但也会使线路不能正常送电，降低供电可靠性。
所以，有必要对断路器线圈故障原因进行分析，积累了故障处理经验，提出防范和技术改进措施，为断路器检修工作提供参考。
二、原理分析
断路器的分合闸线圈一般使用匝间绝缘的细铜线绕成的有空心的圆柱形或方形线圈，空心处安装有铁芯。对断路器发出分合闸命令后，控制回路导通，利用分合闸线圈通电后的电磁作用，把电能转化为机械动能，分合闸线圈的铁芯撞击断路器的操动机构，实现断路器分合闸功能。
断路器的控制电压一般使用220V或110V直流电压，控制回路导通的瞬间，电流的变化使分合闸线圈产生励磁电流，此时线圈的阻抗较大，通过的电流较小。断路器的分合闸时间一般不超过100毫秒，因此分合闸线圈电流产生的热量很少，不会对线圈造成损害。线圈长时间通电是造成线圈故障烧毁的根本原因，造成线圈长时间通电的原因有以下几方面：
1、线圈绝缘不良
线圈绝缘不良或匝间存在短路时，线圈的阻抗减小，导致线圈两端的电压降变小，当线圈两端的电压达不到规定的动作的值时（合闸≥80%Un、分闸30—65%Un），断路器不能正确分合闸，使线圈长时间通电而烧毁；当线圈的阻抗变的非常小时，此时的控制回路电流将变的很大，短时间通电可能会造成线圈烧毁。
2、线圈松动或卡涩
线圈松动造成断路器分合闸时电磁铁位移，铁芯顶不开脱扣机构，使线圈长时间通电而烧毁；铁芯卡涩造将成摩擦力增大而冲击力不足，也会导致铁芯顶不开脱扣机构，使线圈长时间通电而烧毁。
3、辅助开关故障
断路器分合闸动作时，机构带动辅助开关切换状态。断路器分合闸到位后，辅助开关切断原状态的控制回路、导通现状态的控制回路，避免线圈长时间通电。若辅助开关的接点粘死、或安装调试位置不当导致无法正确切换，都将使线圈长时间通电而烧毁。
4、机构机械故障
断路器常见的机械故障有机构部件变形、锁扣部件失灵、润滑不良、缓冲器故障等，上述故障都有可能导致线圈铁芯顶不开脱扣机构，断路器无法分合闸使线圈长时间通电而烧毁。
5、控制回路故障
部分数国产户外弹簧操作断路器的合闸控制回路均存在同一设计缺陷，即：储能控制回路中的闭锁继电器常闭接点串接在合闸控制回路器中，当合闸弹簧未储能时闭锁继电器通电吸合，串入合闸控制回路中的常闭接点变成常开接点，起到闭锁作用，保障合闸弹簧未储能时禁止合闸。当储能控制回路发生故障时，闭锁继电器不动作，造成合闸控制回路在合闸弹簧未储能的条件下导通，此时操作合闸，断路器因合闸弹簧未储能而无法合闸，使线圈长时间通电而烧毁。
断路器合闸控制回路中串接的电气元件要远多于分闸控制回路，包括合闸线圈、辅助开关、近远控切换开关、储能继电器（或储能行程开关）接点、防跳继电器接点、SF6低气压闭锁接点（SF6断路器）等，当电气元件接点或回路中接线接触不良时，将会造成合闸控制回路电阻增大，导致合闸线圈两端的电压降减小，线圈两端的电压低于80%Un时，可能会造成铁芯的冲击力不足而顶不开脱扣机构，使合闸线圈长时间通电而烧毁。
三、统计分析
根据上述原理分析，将5个造成线圈烧毁的原因归纳为3个，即：线圈绝缘故障、机械故障（包括线圈松动或卡涩、辅助开关故障、机构机械故障）、控制回路故障。
数据采集来源于柳州供电局2010年1月至2014年7月的断路器检修记录，期间共计发生了35次断路器分合闸线圈故障。统计包含了故障原因、产品属性、电压等级、线圈种类、截止故障发生时的运行年限等因素，分析結果如下：
1、从故障原因分析：线圈绝缘故障共发生23次，占比65.7%；机械故障共发生9次，占比25.7%；控制回路故障共发生3次，占比8.6%。
2、从产品属性分析：国产断路器线圈故障共发生27次，占比77.1%；合资断路器线圈故障共发生7次，占比20%；进口断路器线圈故障共发生1次，占比2.9%。
3、从电压等级分析：6-10kV线圈故障共发生15次，占比42.9%；35kV线圈故障共发生13次，占比37.1%；110kV线圈故障共发生6次，占比17.1%；220kV线圈故障共发生0次，占比0；500kV线圈故障共发生1次（预试定检试验过程中烧毁），占比2.9%。
4、从线圈种类分析：合闸线圈故障共发生29次，占比82.9%；分闸线圈故障共发生6次，占比17.1%。
5、从运行年限分析：时间分布较为均匀，无明显趋势。但是发生机械故障的断路器均运行超过5年，其中运行超过10年的共7台，占比77.8%。
分析结论：断路器线圈本身质量差绝缘不良是线圈烧毁的主要因素，机械故障是次要因素；机械故障主要发生在运行超过10年以上的断路器；国产断路器线圈故障率远高于合资产品和进口产品，占比超过3/4；断路器线圈故障几乎都发生在110kV及以下电压等级中，电压等级越低，线圈故障率越高；断路器合闸线圈故障率明显高于分闸线圈，合闸线圈的故障率是分闸线圈的4.8倍。
四、防范措施
1、绝缘不良防范措施：
（1）建立断路器分合闸线圈直流电阻及绝缘值历史试验数据库，对数据进行持续的对比分析，从变化曲线中发现故障趋势，及时消除隐患；
（2）做好断路器机构箱内防潮设备的维护工作，防止因环境湿度大造成线圈绝缘降低。
2、机械故障防范措施：
（1）断路器日常检查维护时，除电气试验外，还应重点检查断路器的分合闸线圈紧固情况、线圈铁芯的灵活度、脱扣机构半轴扣接量是否符合厂家技术要求、辅助开关是否切换灵活到位等。
（2）对于运行超过10年的断路器，应重点检查机构部件是否有变形锈蚀、锁扣部件是否失灵、缓冲器是否漏油破损等，还应及时按厂家要求对机构部件进行润滑。
3、控制回路故障防范措施：
（1）断路器日常检查维护时，对控制回路的导通性及电阻值、绝缘性进行测试分析，对接线端子和插头的紧固情况进行检查，保证线圈两端的电压降符合要求。
（2）对于运行超过10年的断路器，特别是国产断路器，应对控制回路中各元器件（特别是继电器和储能行程开关）的状态进行评估，更换状况差的元器件。
4、其他检修维护建议：
（1）对于同一台断路器，若重复发生分合闸线圈烧毁故障，应排除线圈本身质量问题，重点排查是否存在机械故障。
（2）对于110kV及以下断路器，因其预试定检周期时间跨度长（南网预试规程为6年），如有停电机会，应配合开展检查维护工作。
关键词：断路器，分合闸线圈，烧毁，故障分析，防范措施
一、引言
断路器是电力系统中最重要控制和保护设备，可根据需要将部分或全部电力设备及线路投入或退出运行，当电力系统发生故障时，能与保护自动化装置配合，将故障部分从电力系统中迅速切除，减少停电范围，保护系统中的各种设备不受损坏，保证系统无故障部分安全运行。
分合闸线圈是断路器的核心控制元件，线圈发生故障将使断路器无法分合闸，造成极大的危害。当系统发生故障时，若断路器分闸线圈出现故障导致拒动，将会造成越级跳闸、扩大停电范围，甚至造成电力设备被烧毁的严重后果。断路器合闸线圈发生故障导致拒动时，虽然不会造成的大的危害，但也会使线路不能正常送电，降低供电可靠性。
所以，有必要对断路器线圈故障原因进行分析，积累了故障处理经验，提出防范和技术改进措施，为断路器检修工作提供参考。
二、原理分析
断路器的分合闸线圈一般使用匝间绝缘的细铜线绕成的有空心的圆柱形或方形线圈，空心处安装有铁芯。对断路器发出分合闸命令后，控制回路导通，利用分合闸线圈通电后的电磁作用，把电能转化为机械动能，分合闸线圈的铁芯撞击断路器的操动机构，实现断路器分合闸功能。
断路器的控制电压一般使用220V或110V直流电压，控制回路导通的瞬间，电流的变化使分合闸线圈产生励磁电流，此时线圈的阻抗较大，通过的电流较小。断路器的分合闸时间一般不超过100毫秒，因此分合闸线圈电流产生的热量很少，不会对线圈造成损害。线圈长时间通电是造成线圈故障烧毁的根本原因，造成线圈长时间通电的原因有以下几方面：
1、线圈绝缘不良
线圈绝缘不良或匝间存在短路时，线圈的阻抗减小，导致线圈两端的电压降变小，当线圈两端的电压达不到规定的动作的值时（合闸≥80%Un、分闸30—65%Un），断路器不能正确分合闸，使线圈长时间通电而烧毁；当线圈的阻抗变的非常小时，此时的控制回路电流将变的很大，短时间通电可能会造成线圈烧毁。
2、线圈松动或卡涩
线圈松动造成断路器分合闸时电磁铁位移，铁芯顶不开脱扣机构，使线圈长时间通电而烧毁；铁芯卡涩造将成摩擦力增大而冲击力不足，也会导致铁芯顶不开脱扣机构，使线圈长时间通电而烧毁。
3、辅助开关故障
断路器分合闸动作时，机构带动辅助开关切换状态。断路器分合闸到位后，辅助开关切断原状态的控制回路、导通现状态的控制回路，避免线圈长时间通电。若辅助开关的接点粘死、或安装调试位置不当导致无法正确切换，都将使线圈长时间通电而烧毁。
4、机构机械故障
断路器常见的机械故障有机构部件变形、锁扣部件失灵、润滑不良、缓冲器故障等，上述故障都有可能导致线圈铁芯顶不开脱扣机构，断路器无法分合闸使线圈长时间通电而烧毁。
5、控制回路故障
部分数国产户外弹簧操作断路器的合闸控制回路均存在同一设计缺陷，即：储能控制回路中的闭锁继电器常闭接点串接在合闸控制回路器中，当合闸弹簧未储能时闭锁继电器通电吸合，串入合闸控制回路中的常闭接点变成常开接点，起到闭锁作用，保障合闸弹簧未储能时禁止合闸。当储能控制回路发生故障时，闭锁继电器不动作，造成合闸控制回路在合闸弹簧未储能的条件下导通，此时操作合闸，断路器因合闸弹簧未储能而无法合闸，使线圈长时间通电而烧毁。
断路器合闸控制回路中串接的电气元件要远多于分闸控制回路，包括合闸线圈、辅助开关、近远控切换开关、储能继电器（或储能行程开关）接点、防跳继电器接点、SF6低气压闭锁接点（SF6断路器）等，当电气元件接点或回路中接线接触不良时，将会造成合闸控制回路电阻增大，导致合闸线圈两端的电压降减小，线圈两端的电压低于80%Un时，可能会造成铁芯的冲击力不足而顶不开脱扣机构，使合闸线圈长时间通电而烧毁。
三、统计分析
根据上述原理分析，将5个造成线圈烧毁的原因归纳为3个，即：线圈绝缘故障、机械故障（包括线圈松动或卡涩、辅助开关故障、机构机械故障）、控制回路故障。
数据采集来源于柳州供电局2010年1月至2014年7月的断路器检修记录，期间共计发生了35次断路器分合闸线圈故障。统计包含了故障原因、产品属性、电压等级、线圈种类、截止故障发生时的运行年限等因素，分析結果如下：
1、从故障原因分析：线圈绝缘故障共发生23次，占比65.7%；机械故障共发生9次，占比25.7%；控制回路故障共发生3次，占比8.6%。
2、从产品属性分析：国产断路器线圈故障共发生27次，占比77.1%；合资断路器线圈故障共发生7次，占比20%；进口断路器线圈故障共发生1次，占比2.9%。
3、从电压等级分析：6-10kV线圈故障共发生15次，占比42.9%；35kV线圈故障共发生13次，占比37.1%；110kV线圈故障共发生6次，占比17.1%；220kV线圈故障共发生0次，占比0；500kV线圈故障共发生1次（预试定检试验过程中烧毁），占比2.9%。
4、从线圈种类分析：合闸线圈故障共发生29次，占比82.9%；分闸线圈故障共发生6次，占比17.1%。
5、从运行年限分析：时间分布较为均匀，无明显趋势。但是发生机械故障的断路器均运行超过5年，其中运行超过10年的共7台，占比77.8%。
分析结论：断路器线圈本身质量差绝缘不良是线圈烧毁的主要因素，机械故障是次要因素；机械故障主要发生在运行超过10年以上的断路器；国产断路器线圈故障率远高于合资产品和进口产品，占比超过3/4；断路器线圈故障几乎都发生在110kV及以下电压等级中，电压等级越低，线圈故障率越高；断路器合闸线圈故障率明显高于分闸线圈，合闸线圈的故障率是分闸线圈的4.8倍。
四、防范措施
1、绝缘不良防范措施：
（1）建立断路器分合闸线圈直流电阻及绝缘值历史试验数据库，对数据进行持续的对比分析，从变化曲线中发现故障趋势，及时消除隐患；
（2）做好断路器机构箱内防潮设备的维护工作，防止因环境湿度大造成线圈绝缘降低。
2、机械故障防范措施：
（1）断路器日常检查维护时，除电气试验外，还应重点检查断路器的分合闸线圈紧固情况、线圈铁芯的灵活度、脱扣机构半轴扣接量是否符合厂家技术要求、辅助开关是否切换灵活到位等。
（2）对于运行超过10年的断路器，应重点检查机构部件是否有变形锈蚀、锁扣部件是否失灵、缓冲器是否漏油破损等，还应及时按厂家要求对机构部件进行润滑。
3、控制回路故障防范措施：
（1）断路器日常检查维护时，对控制回路的导通性及电阻值、绝缘性进行测试分析，对接线端子和插头的紧固情况进行检查，保证线圈两端的电压降符合要求。
（2）对于运行超过10年的断路器，特别是国产断路器，应对控制回路中各元器件（特别是继电器和储能行程开关）的状态进行评估，更换状况差的元器件。
4、其他检修维护建议：
（1）对于同一台断路器，若重复发生分合闸线圈烧毁故障，应排除线圈本身质量问题，重点排查是否存在机械故障。
（2）对于110kV及以下断路器，因其预试定检周期时间跨度长（南网预试规程为6年），如有停电机会，应配合开展检查维护工作。