GG-1A高压开关柜电磁机构改造

一、引言

炼铁厂高炉生产用电属一级负荷供电方式，其对安全性、可靠性、稳定性等要求较高。板材炼铁厂五炉车间变电所采用GG-1A型高压开关柜，其内部采用ZN28型真空断路器及CD10-II型操作机构。通过15年的运行使用，其故障亦开始频繁出现，主要包括真空断路器分合闸失灵、CD10电磁操作机构和合闸跳跃故障、合、跳闸线圈烧毁等故障现象，这些故障频繁发生会对高炉生产造成较大影响，一直困扰着我们设备维护人员，也是我们下决心对其改造的主要原因。

二、开关柜出现的问题

我单位现有GG-1A型高压开关柜主要存在以下问题：

1、 真空断路器分闸失灵。根据故障原因的不同，存在如下故障现象：(1)断路器远方遥控分闸分不下来；(2)事故时继电保护动作，但断路器分不下来。其原因主要有：(1)分闸操作回路断线；(2)分闸线圈断线或匝间短路；(3)线圈端电压太低、分闸力降低；(4)辅助开关没有切换或接触不良；(5)分闸顶杆变形，分闸时存在卡涩现象。

2、 CD10电磁操作机构拒合闸跳跃故障。根据故障原因的不同，存在如下故障现象：(1)无法合闸；(2)合闸时产生跳跃。其原因主要有：(1)合闸回路不通、合闸熔丝熔断；(2)合闸线圈、接触器线圈断线或匝间短路；(3)转换开关没有切换或接触不良；(4)机构转换开关接点太快过早打开；(5)合闸铁芯行程和空程不当、合闸铁芯卡涩、卡板未复归或扣入深度过小。

3、 CD10电磁操作机构合闸烧毁故障。造成合闸线圈烧毁的主要原因：(1) 合闸电源容量下降，合闸瞬间合闸线圈两端测到电压低于80％Ue；(2) 辅助接点打不开或拉弧，合闸接触器通过重合闸回路或绿灯回路自保持，合闸线圈长时间带电而被烧毁； (3) 操作机构三连板扭力弹簧弹性减弱，使三连板在开关分闸后翘起，或在三连板死点调得偏高引起开关合不上，开关在保护联动试验验收时，当保护动作跳闸后，开关重合不上，此时合闸接触器线圈被重合闸电流中间自保常励磁；(4) 合闸接触器触头因长期无维护、触头表面烧毛，当接触器动作时烧熔，合闸线圈长时间带电而被烧毁，合闸接触器触头粘连大都因为触头开距不够，反力弹簧弹性不良，触头面不光滑，触头拉弧过大使其表面熔化； (5) 合闸接触器动触头卡碰灭弧罩； (6) 合闸熔断器配备不合适。

三、对GG-1A高压开关柜改造的探索

通过对上述故障情况及对故障原因的分析，发现故障较为频繁的发生在电磁操作机构的连杆机构，通过调整拐臂与连杆尺寸，保证合闸后厂辅助接点断开距离不小于2mm。由于CD10电磁操作机构合闸电流较高，通常在110-120A左右，当机构出现卡阻情况，合闸指令保持“1”状态，合闸线圈通常在20-30S内就将烧损。

通过收集CD10-II电磁操作机构的替代产品资料，我们最终决定选用吉林XX公司的产品CDY-12型永磁保持直流电磁操作机构。其操作电源与CD10操作机构一样为直流电源，线圈采用短时工作制。但其何在线圈工作电流仅为30-35A，分闸线圈与合闸线圈一体，分闸工作电流为2A。

CDY型永磁保持直流电磁操作机构为直推式结构，通过磁力保持。机构上部为轴输出系统，由支架、辅助开关、手动合闸手柄及输出轴等组成。下部永磁、驱动系统，由永磁体、内磁轭、动铁芯、合、分闸线圈及手动紧急分闸部件组成，磁路特征为同步异位双拍合、双稳态、永磁、电磁复合的结构形式。

图1 CDY-II永磁保持机构外形结构图

Fig.1 CDY-II outline configuration diagram of a permanent magnet holding mechanism

其合闸过程状态如下。和之前，永磁路使动铁芯保持在分闸稳态，合闸线圈通正向直流电流后，由电磁场和永磁磁场合成磁通产生的磁场力驱动铁芯上移，至动铁芯和下磁轭面拍合，此时永磁体的磁力将动铁芯保持在合闸稳态，输出轴已转动一定角度，断路器合闸。同时断路器触头弹簧、分闸弹簧压缩储能，使输出转轴转动带动辅助开关合闸线圈回路触点断开，切断合闸线圈电源，完成合闸动作全过程。

其分闸过程状态如下。分闸线圈接通反向直流时，产生的电磁场与永磁场方向相反，动铁芯上合成磁力变低，在分闸弹簧和触头弹簧力的作用下，使动铁芯迅速向下运动断路器分闸，并保持在分闸稳态，同时输出轴转动，使辅助开关分闸回路触点断开切断分闸线圈电源，完成分闸全过程。

图2 电磁操作机构侧刨面结构图

Fig.2 Electromagnetic operating mechanism side planing surface chart

四、4.GG － 1A 柜开关改造前的准备

4.1防护措施

设备状态改成开关线路检修后，在拉开的母线闸刀的动触头上套上由绝缘板制作的防护隔板，防止工作过程中闸刀因机械故障及人员意外合闸。这样既能确保安全，也避免出现为安全而考虑停母线问题。

4.2拆除原有设备
拆除母线闸刀与开关，开关与流变，流变与线路闸刀等处连接母排；拆除开关与电磁机构连接连杆，拆除机构。

4.3安装构件制作

开关柜内各传动部件，如水平轴、轴承座、拐臂、连接套等，需要通过实测进行加工制作。对连杆等传动部件的测量，制作是本次改造的关键。

图3 GG1A高压开关柜水平轴安装示意图

五、改造安装与调试

对电磁机构改造可能存在拒分、拒合、烧坏分合闸线圈和继电保护回路设备等问题。所以真空断路器与电磁操作机构的配合就需要在现场有工作经验较强的专业技术人员进行安装、调试及测试, 才能确保配用 CDY-II 型操做机构的真空断路器更改后的运行可靠性。

机构与断路器安装后，应先用合闸手柄手动缓慢合闸，检查是否有卡滞现象，合闸铁芯顶杆升到顶点位置，通过永磁场作用力保持在合闸位置。

机构与断路器装配后，应调整辅助开关角度及机构与辅助开关连杆长度，使辅助开关在合闸位置准确到位，无卡阻现象。

手动合闸调试完毕后，用额定操作电源分闸应能可靠分闸，然后进行电动分、合闸操作，在额定工作电压范围内操作5此，应可靠动作，否则重新调整永磁机构及断路器拉杆。

另外需要注意的是，分、合闸线圈均按短时工作制设计，并且在调试时，分合闸线圈的电源方向不能错接，在按非额定操作顺序快速检验是，分合闸连续操作次数不应太多，并注意间隔时间，以防止线圈烧毁。

六、改造效果及总结

从2015年起陆续对所内20对面高压开关柜电磁操作机构进行改造，改造后的效果令人满意。在生产使用中只需定期检查机构螺栓及穿销，注意辅助开关的触点有无烧损即可，使用至今并未发生任何故障。在提高了供电安全可靠性的基础上，解决了一直困扰我们的稳定性的问题。

参考文献

[1]王洪斌，GG-1A型开关柜改造中应注意的问题[J]. 《农村电气化》, 2004(9):31-32.