以當(dāng)前煤礦井下廣泛應(yīng)用的隔爆型低壓真空饋電開關(guān)流行配置的一種電磁操動機(jī)構(gòu)低壓交流真空斷路器為例，對ZK2-500 /1.14-9 型真空斷路器的結(jié)構(gòu)、組成、工作原理進(jìn)行了全面系統(tǒng)闡述。結(jié)合常見故障進(jìn)行分析處理，并研發(fā)了專用維修工具，為準(zhǔn)確判斷故障類型，迅速排除故障現(xiàn)象，及時恢復(fù)井下安全供電提供了技術(shù)保障。

引言

　　當(dāng)前煤礦井下低壓供電普遍使用帶有綜合保護(hù)裝置的隔爆型智能低壓饋電開關(guān)，配備低壓真空斷路器作為主回路開合元件。斷路器所配操動機(jī)構(gòu)有彈簧貯能操動機(jī)構(gòu)、電磁操動機(jī)構(gòu)、永磁操動機(jī)構(gòu)三種，其中電磁操動機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、便于操作、通用性強的優(yōu)點，成為近年來真空斷路器流行配置。兗州礦業(yè)( 集團(tuán)) 公司南屯煤礦目前大量使用的東方公司KBZ-500 /1140 型低壓隔爆饋電開關(guān)均配備ZK2-500 /1.14-9 型電磁操動機(jī)構(gòu)真空斷路器，該斷路器體積小，重量輕，滅弧、絕緣性能好，結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，在電壓1 140 V 以下開關(guān)中應(yīng)用廣泛。但這種斷路器存在合閘電流大、元件布置不合理、維修不方便等缺陷，嚴(yán)重制約著礦井安全供電和正常生產(chǎn)。經(jīng)過真空技術(shù)網(wǎng)(http://m.mp99x.cn/)對斷路器的工作原理進(jìn)行了研究，分析其常見故障和判斷處理方法，為掌握斷路器分合閘過程，準(zhǔn)確判斷故障性質(zhì)，迅速排除故障將起到積極的作用。

1、斷路器工作原理

1.1、總體結(jié)構(gòu)

　　ZK2-500 /1.14-9 型低壓交流真空斷路器結(jié)構(gòu)如圖1 所示，它由構(gòu)架、真空開關(guān)管15、合閘線圈2、分勵線圈5、欠壓釋放線圈14、合分閘機(jī)構(gòu)等組成。其中構(gòu)架由絕緣構(gòu)架10、金屬構(gòu)架8 兩部分組合而成，真空開關(guān)管靜觸頭17 通過電極夾18 固定在絕緣構(gòu)架中，其余部件配合安裝于金屬構(gòu)架中。

1 - 分閘彈簧; 2 - 合閘線圈; 3 - 保持扣板; 4 - 扣板拉簧;5 - 分勵線圈; 6 - 半軸; 7 - 半軸拉簧; 8 - 金屬構(gòu)架; 9 - 輔助壓板;10 - 欠壓釋放壓簧; 11 - 合閘轉(zhuǎn)軸; 12 - 手分閘線; 13 - 真空管動觸頭;14 - 欠壓釋放線圈; 15 - 真空開關(guān)管; 16 - 合閘板; 17 - 真空管靜觸頭;18 - 電極夾; 19 - 絕緣構(gòu)架

圖1 斷路器機(jī)構(gòu)分閘位置示意圖

1.2、 電氣回路

　　斷路器電氣回路由圖2 可見，主要通過連接插頭與開關(guān)控制系統(tǒng)構(gòu)成三個回路，其一是欠壓釋放線圈Q 經(jīng)7、14 號插頭獲得直流48 V 工作電源; 其二是分勵線圈F 經(jīng)8、13 號插頭獲得直流48 V 工作電源; 其三是合閘回路經(jīng)9( 12) 、10( 20) 號插頭獲得交流127 V 工作電源，通過整流后為合閘線圈H 提供直流工作電源。合閘線圈為雙線圈雙電磁鐵結(jié)構(gòu)，合閘瞬間斷路器輔助接點QF 處于閉合狀態(tài)，短接掉2、4 號線圈，使其只通過1、3 號線圈大電流強磁力吸合，斷路器吸合后輔助接點斷開，四個線圈全部通電，維持小電流弱磁力保持，既保證斷路器可靠吸合，又有效延長合閘線圈使用壽命。

圖2 斷路器電氣原理圖

1.3、合閘準(zhǔn)備

　　圖1 為斷路器分閘位置示意圖，此時合閘線圈、分勵線圈均未得電，欠壓釋放線圈得電，合閘板16在分閘彈簧1的作用下被推在右方，其拐臂克服真空管自身吸力的作用，將真空管動觸頭13 拉出2 mm左右，使其處于分?jǐn)辔恢�，同時固定在合閘板上的輔助壓板9，克服了欠壓釋放線圈壓簧10 的反作用力，將欠壓釋放線圈壓制在吸合位置，幫助欠壓釋放線圈保持吸合。

1.4、合閘過程

　　該型斷路器為電磁合閘，機(jī)械保持。由圖3 所示，當(dāng)開關(guān)控制系統(tǒng)發(fā)出合閘指令后，合閘線圈得電，其電磁鐵產(chǎn)生強大磁力，吸引鐵磁性的合閘板克服分閘彈簧的反作用力迅速沿合閘轉(zhuǎn)軸11 逆時針轉(zhuǎn)動，其拐臂推動真空管動觸頭上移，與靜觸頭緊密接觸，使真空管處于合閘位置，同時合閘板的上部左移，壓縮分閘彈簧并不再制約保持扣板3 的拐臂，保持扣板在扣板拉簧4 的作用下下部左擺，越過半軸6 的缺口。合閘動作到位后，合閘線圈失電，機(jī)構(gòu)在分閘彈簧的反作用下有回復(fù)原有分閘狀態(tài)的趨勢，但此時半軸在半軸拉簧7 的作用下有一定角度的順時針轉(zhuǎn)動，其缺口棱角恰好擋住保持扣板，這樣既保持了扣板的拐臂，又擋住了合閘板，整套機(jī)構(gòu)保持在合閘狀態(tài)，合閘過程結(jié)束。

圖3 斷路器機(jī)構(gòu)合閘位置示意圖

　　此外，由于合閘板的轉(zhuǎn)動帶動輔助壓板轉(zhuǎn)動，失去了對欠壓釋放線圈的壓制，為欠壓釋放做好準(zhǔn)備。

1.5、分閘過程

　　該型斷路器分閘有分勵脫扣分閘、欠壓脫扣分閘、手動脫扣分閘三種方式。

1.5.1、分勵脫扣分閘

　　當(dāng)開關(guān)控制系統(tǒng)發(fā)出分勵脫扣指令后，斷路器分勵線圈得電，其電磁鐵吸合，帶動半軸逆時針轉(zhuǎn)動一定角度，半軸的缺口失去對保持扣板的阻擋，保持扣板的拐臂隨之失去對合閘板的阻擋，合閘板在分閘彈簧的作用下迅速沿合閘轉(zhuǎn)軸順時針旋轉(zhuǎn)，其拐臂帶動真空管動觸頭下移，迅速脫離靜觸頭，使真空管由閉合轉(zhuǎn)為分?jǐn)酄顟B(tài)。同時，合閘板的轉(zhuǎn)動帶動了輔助壓板轉(zhuǎn)動，重新對欠壓釋放線圈產(chǎn)生壓制，為欠壓釋放線圈可靠吸合做好準(zhǔn)備。

1.5.2、欠壓脫扣分閘

　　當(dāng)開關(guān)失電或控制系統(tǒng)發(fā)出欠壓脫扣指令后，斷路器欠壓釋放線圈失電，其電磁鐵在欠壓釋放壓簧的作用下彈出，頂向半軸突出部位，使半軸逆時針轉(zhuǎn)動，繼而造成真空管分?jǐn)�，后續(xù)動作同分勵脫扣分閘。

1.5.3、手動脫扣分閘

　　若開關(guān)控制、保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生故障，或分勵、欠壓脫扣均失效，往往需要應(yīng)急手動分閘，該斷路器手動脫扣分閘采用了閘線手分裝置。當(dāng)需要手動分閘時，拉動手分閘線12，帶動半軸逆時針轉(zhuǎn)動，即可像分勵、欠壓脫扣一樣實現(xiàn)分閘。

2、常見故障及處理

2.1、拒合閘故障

　　斷路器拒合閘有電氣故障和機(jī)構(gòu)故障兩個方面。

2.1.1、電氣故障

　　由圖2 可知，斷路器拒合閘的原因是:

　　1) 欠壓釋放線圈不吸: 此線圈阻值用萬用表電阻檔測量應(yīng)為400 Ω 左右，阻值過大則為線圈斷路，阻值過小則為匝間短路( 會造成熔斷器燒毀) 。若此時合閘聲音正常，但斷路器機(jī)構(gòu)保持不住，則立即分?jǐn)�。處理方法為更換欠壓釋放線圈。

　　2) 合閘線圈故障:

　　(1) 整流器開路或短路時，合閘無動靜，可用萬用表測量判斷，處理方法為更換整流器。

　　(2) 線圈開路或短路時，合閘亦無動靜，可能造成熔斷器燒毀，拆開兩組線圈后用萬用表對比測量阻值即可判斷。處理方法為更換損壞的一組線圈。

　　(3) 斷路器輔助接點故障，主要是閉合時接觸不良，合閘線圈吸合無力，達(dá)不到合閘位置。處理方法是打磨、調(diào)整接點或更換輔助接點。

2.1.2、機(jī)構(gòu)故障

　　1) 合閘線圈電磁鐵與合閘板之間進(jìn)入異物，特別是檢修過程中造成平墊、彈簧墊等小型鐵質(zhì)器物散落于合閘線圈附近，合閘瞬間被電磁鐵吸引，擋在電磁鐵與合閘板之間，造成合閘板運行不到位，機(jī)構(gòu)掛不住。處理方法是清除異物。

　　2) 輔助壓板9 因磨損、老化變形失效，使得分閘狀態(tài)下壓制不住欠壓釋放線圈的電磁鐵，或合閘時欠壓釋放線圈吸合不住，其電磁鐵只頂住半軸，造成扣板無法在半軸上保持。處理方法是調(diào)整輔助壓板的角度或更換輔助壓板。

　　3) 手分操作分閘后手分閘線未復(fù)位，拉住半軸，造成再次合閘時扣板無法在半軸上保持。處理方法是對閘線進(jìn)行加油潤滑，并手動反向回推，使閘線回位。

2.2、拒分閘故障

2.2.1、電氣故障

　　主要是分勵線圈不吸�？捎萌f用表測量電阻值，檔位應(yīng)為100 Ω 左右。若阻值過大則為線圈斷路，若阻值過小，則為匝間短路( 會造成熔斷器燒毀) 。處理方法為更換分勵線圈。

2.2.2、機(jī)構(gòu)故障

　　1) 分勵脫扣不跳閘: 分勵線圈雖已吸合，但由于其電磁鐵與半軸配合間隙大，未對半軸進(jìn)行有效拉動，造成機(jī)構(gòu)不動作。這種故障狀態(tài)下分勵線圈會長期帶電，極易造成分勵線圈燒毀的次生故障。處理方法是調(diào)整電磁鐵與半軸配合間隙。

　　2) 欠壓脫扣不跳閘: 其一是欠壓釋放線圈失電后，因其電磁鐵與半軸配合間隙大，電磁鐵彈出后未對半軸進(jìn)行有效頂動，造成機(jī)構(gòu)不動作。處理方法是調(diào)整電磁鐵與半軸配合間隙; 其二是更換或調(diào)整輔助壓板后，輔助壓板壓得太死，合閘狀態(tài)下仍未脫離對欠壓釋放線圈電磁鐵的壓制，導(dǎo)致欠壓釋放線圈失電后，其電磁鐵無法彈出，機(jī)構(gòu)不能脫扣。處理方法是調(diào)整輔助壓板，使其既在分閘狀態(tài)有效壓制，又在合閘狀態(tài)成功脫離。

　　3) 手分脫扣不跳閘: 拉動手分閘線斷路器未脫扣，主要是閘線銹蝕拉不動，或閘線與半軸配合不緊密，拉不動半軸。處理方法是對閘線進(jìn)行加油潤滑處理，或調(diào)整閘線與半軸的配合，使其能夠有效拉動半軸。

3、專用工具設(shè)計應(yīng)用

　　該型斷路器只有電動方式，而沒有手動合閘方式，由于操動機(jī)構(gòu)位于背面，發(fā)生故障后要更換線圈或調(diào)整機(jī)構(gòu)，都需要將斷路器從開關(guān)中拆出，更換或調(diào)整后再恢復(fù)，然后通電試驗，處理過程非常麻煩。通過反復(fù)試驗，研發(fā)了一件專用維修工具，該工具結(jié)構(gòu)見圖4。

1 - 手桿; 2 - 支點; 3 - 活銷; 4 - 掛鉤

圖4 專用工具結(jié)構(gòu)示意圖

　　專用維修工具主要由手桿、活銷、掛鉤三部分組成，手桿和掛鉤通過活銷連接，形成自由轉(zhuǎn)動配合。使用時將掛鉤插入合閘板上頭，鉤住合閘板，手桿的支點正好支撐在斷路器金屬構(gòu)架上。從圖5 看出，當(dāng)手桿沿下箭頭方向下壓時，會產(chǎn)生以支點為中心的逆時針轉(zhuǎn)動，帶動掛鉤沿上箭頭方向移動，從而將合閘板由分閘位置拉至合閘位置。利用這一專用工具，可以在開關(guān)拆卸后，不需在另外加電狀態(tài)下單獨進(jìn)行斷路器的手動合分閘試驗，避免了繁鎖的反復(fù)拆卸、調(diào)整、裝配、試驗等，非常方便實用。

圖5 專用工具使用示意圖

4、結(jié)語

　　通過對于斷路器結(jié)構(gòu)組成、工作原理、常見故障及處理方法等的闡述，對煤礦維修工掌握維修技能、提高業(yè)務(wù)素質(zhì)、準(zhǔn)確判斷故障類型、速恢復(fù)安全供電將起到一定的促進(jìn)作用。特別是專用工具的研發(fā)成功，為準(zhǔn)確判斷故障類型，迅速排除故障現(xiàn)象，及時恢復(fù)井下安全供電提供了保障。

參考文獻(xiàn):

　　[1] 王公華，梁衛(wèi)東. 井下電鉗工[M]. 江蘇: 中國礦業(yè)大學(xué)出版社， 2007.

　　[2] 李俊雙. 機(jī)電區(qū)隊長[M]. 北京: 煤炭工業(yè)出版社，2003.

　　[3] 徐之，張世根. 煤礦供電及其設(shè)備[M]. 北京: 煤炭工業(yè)出版社， 1993.