一起220kV隔離開關(guān)操動(dòng)機(jī)構(gòu) 缺陷分析及處理

許加凱 孫義法 劉承祿

（國網(wǎng)濰坊供電公司）

0 引言

2014年12月26日，變電站運(yùn)維人員在對220kV某變電站220kV××線213-1隔離開關(guān)進(jìn)行操作時(shí)，隔離開關(guān)無法進(jìn)行正常分合閘操作，檢查發(fā)現(xiàn)該隔離開關(guān)電動(dòng)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)出現(xiàn)傳動(dòng)齒輪打齒損壞及輔助開關(guān)撥叉斷裂現(xiàn)象，運(yùn)維人員停止操作并上報(bào)設(shè)備缺陷。2015年3月20日，根據(jù)缺陷消除計(jì)劃，檢修人員對該刀閘進(jìn)行大修處理。本文分析了該缺陷的處理過程，并根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和實(shí)地勘察對故障原因進(jìn)行綜合分析，提出一系列防范措施，為類似缺陷的處理提供了借鑒和參考。

1 缺陷處理過程

該220kV變電站220kV隔離開關(guān)為西門子（杭州）高壓開關(guān)有限公司生產(chǎn)的PR20-M31型220kV垂直斷口剪刀式（無地刀）隔離開關(guān)，其刀閘電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)為MA7684型電動(dòng)箱，于2005年12月投運(yùn)，該型隔離開關(guān)電動(dòng)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2015年3月20日，根據(jù)缺陷消除計(jì)劃，檢修人員對該刀閘進(jìn)行大修處理。檢修人員對213-1刀閘操動(dòng)機(jī)構(gòu)現(xiàn)場檢查后發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)驅(qū)動(dòng)齒輪軸出現(xiàn)嚴(yán)重磨損、中間從動(dòng)齒輪可見明顯斷齒，輔助開關(guān)撥叉斷裂，如圖2所示。此外，213-1刀閘B相旋轉(zhuǎn)絕緣子下端的傳動(dòng)箱（齒輪箱）與主刀操動(dòng)機(jī)構(gòu)垂直連桿抱夾連接處的齒形子母彈簧銷，出現(xiàn)嚴(yán)重形變，如圖3所示。

圖1 電動(dòng)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖2 中間齒輪和齒輪軸磨損情況

圖3 齒形子母彈簧銷現(xiàn)場情況

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)[1]和西門子公司技術(shù)手冊[2-4]中關(guān)于大修工藝及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的作業(yè)指導(dǎo)，當(dāng)?shù)堕l操動(dòng)機(jī)構(gòu)箱傳動(dòng)齒輪和蝸桿有嚴(yán)重磨損，導(dǎo)致輸出功率不能滿足隔離開關(guān)正常操作需要，需要更換相應(yīng)齒輪或電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)箱，一般情況下建議以整體部件更換為主。

檢修人員與廠家專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行實(shí)地分析研究后，認(rèn)為缺陷故障原因?yàn)榇怪边B桿抱夾連接處的齒形子母彈簧銷變形扭曲，導(dǎo)致主刀電動(dòng)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部齒輪片打齒損壞及輔助開關(guān)撥叉斷裂，采取了以下幾項(xiàng)處理措施，消除缺陷。

1）對該隔離開關(guān)（刀閘）電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)箱進(jìn)行了整體部件更換。

2）將213-1刀閘B相旋轉(zhuǎn)絕緣子下端的傳動(dòng)箱（齒輪箱）與主刀電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)垂直連桿抱夾連接處的齒形子母彈簧銷更換為硬度比較好的不銹鋼材質(zhì)實(shí)心銷，兩種銷的對比如圖4所示。

圖4 齒形子母彈簧銷與高強(qiáng)度實(shí)心不銹鋼圓柱銷

3）對隔離開關(guān)（刀閘）傳動(dòng)桿進(jìn)行了位置調(diào)整，處理了轉(zhuǎn)動(dòng)軸在操作過程中的卡阻問題，成功消除了213-1刀閘操動(dòng)機(jī)構(gòu)缺陷。

2 缺陷原因分析

2.1 正常合閘過程

電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)正常合閘過程如圖5所示，首先電機(jī)起動(dòng)，齒輪軸帶動(dòng)輔助開關(guān)驅(qū)動(dòng)齒輪和中間齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)輔助開關(guān)驅(qū)動(dòng)齒輪，驅(qū)動(dòng)輔助開關(guān)拔叉，從而輔助開關(guān)動(dòng)作，相應(yīng)的信號(hào)輸出。由于輔助開關(guān)驅(qū)動(dòng)齒輪、中間齒輪與傳動(dòng)軸之間沒有鍵連接，而此時(shí)齒輪軸與操作齒輪未進(jìn)入離合狀態(tài)，因此傳動(dòng)軸不 工作。

圖5 合閘過程各部件位置圖

中間齒輪轉(zhuǎn)過58°后，中間齒輪的擋塊與操作齒輪的擋塊接觸，帶動(dòng)操作齒輪動(dòng)作，操作齒輪通過鍵帶動(dòng)傳動(dòng)軸，垂直連桿動(dòng)作，合閘起動(dòng)。此時(shí)輔助開關(guān)驅(qū)動(dòng)齒輪不驅(qū)動(dòng)輔助開關(guān)拔叉。中間齒輪與操作齒輪共同作用，帶動(dòng)傳動(dòng)軸及垂直連桿轉(zhuǎn)過200°。此時(shí)，操作齒輪與齒輪軸分開。中間齒輪也與齒輪軸分開，限位塊到位。中間齒輪在彈性塊的作用下，發(fā)生打滑，此時(shí)，輔助開關(guān)驅(qū)動(dòng)齒輪又開始帶動(dòng)輔助開關(guān)拔叉，輔助開關(guān)動(dòng)作，發(fā)出相應(yīng)信號(hào)并切斷電源。

分閘過程與合閘相同，但方向相反。

2.2 缺陷原因分析

在正常的連續(xù)操作中，擋環(huán)保證了撥叉的運(yùn)行軌跡。如果操作因故暫停時(shí)，在無外力作用的情況下由于輔助開關(guān)觸片及轉(zhuǎn)軸本身阻力的存在，使得撥叉能保持在正常位置，不會(huì)造成意外。但是如有觸碰等其他外力因素，將導(dǎo)致輔助開關(guān)的撥叉偏離正常位置，而機(jī)構(gòu)需反向操作時(shí)，輔助開關(guān)的撥叉與撥動(dòng)爪的運(yùn)動(dòng)軌跡不重合，在驅(qū)動(dòng)齒輪的作用下使得撥動(dòng)爪與撥叉擠壓，導(dǎo)致?lián)懿鏀嗔眩瑖?yán)重的甚至造成撥動(dòng)爪斷裂。

垂直連桿抱夾連接處的齒形子母彈簧銷變形扭曲，導(dǎo)致主刀電動(dòng)箱內(nèi)部齒輪片大齒損壞及輔助開關(guān)撥叉斷裂，這是可能的外力因素。

2.3 綜合原因分析

西門子PR型隔離開關(guān)的傳動(dòng)方式為三相硬連桿連接軸旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)，由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)原因設(shè)備本身自重較大且無合閘助力，造成連桿旋轉(zhuǎn)時(shí)扭力較大。合閘轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)三相設(shè)備的扭力都集中在B相旋轉(zhuǎn)絕緣子下端的傳動(dòng)箱（齒輪箱）與主刀操動(dòng)機(jī)構(gòu)垂直連桿抱夾連接處的齒形子母彈簧銷處。

隔離開關(guān)經(jīng)過長時(shí)間的反復(fù)操作后造成齒形子母彈簧銷受剪切力變形扭曲。造成主刀操作電動(dòng)機(jī)構(gòu)箱與隔離開關(guān)本體操作時(shí)旋轉(zhuǎn)角度不同步，導(dǎo)致主刀電動(dòng)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部齒輪組片間隙過大，從而造成傳動(dòng)齒輪打齒損壞及輔助開關(guān)撥叉斷裂的情況。

操動(dòng)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部傳動(dòng)齒輪打齒損壞，導(dǎo)致操動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出功率不能滿足隔離開關(guān)正常分合閘操作需要。撥叉斷裂使得輔助開關(guān)失去刀閘分合閘位置指示功能，二次保護(hù)無法進(jìn)行刀閘正確位置辨識(shí)。

3 防范措施

高壓隔離開關(guān)是電網(wǎng)的重要組成部分，也是關(guān)系電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備之一。采取針對性的措施對隔離開關(guān)的故障缺陷[5-6]進(jìn)行分析和處理，對避免電網(wǎng)及設(shè)備的故障和保障人身安全是非常必要的。

1）建議對公司所轄變電站中西門子公司生產(chǎn)的PR型隔離開關(guān)進(jìn)行一次摸底排查，記錄備案成缺陷臺(tái)賬，結(jié)合設(shè)備試驗(yàn)周期提報(bào)停電計(jì)劃進(jìn)行檢查整改，及時(shí)消除缺陷，確保設(shè)備安全和可靠運(yùn)行。

2）操作維護(hù)手冊上要求只在完全分/合位置操作開關(guān)，不要在中間位置改變電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向。應(yīng)盡量保持操作的連續(xù)性，即使發(fā)生不連續(xù)的操作時(shí)，也要避免對輔助開關(guān)的觸碰，讓其保持在自由狀態(tài)，這樣就可以保證操作的順利進(jìn)行和設(shè)備的安全。

3）西門子（杭州）高壓開關(guān)有限公司PR型隔離開關(guān)經(jīng)常發(fā)生主刀電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部傳動(dòng)齒輪打齒損壞和輔助開關(guān)撥叉斷裂現(xiàn)象，給運(yùn)行設(shè)備造成隔離開關(guān)無法操作、位置信號(hào)和電氣閉鎖全無等缺陷。此缺陷是由于西門子（杭州）高壓開關(guān)有限公司隔離開關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)部件強(qiáng)度不夠造成的。西門子（杭州）高壓開關(guān)有限公司已于2005年7月以后陸續(xù)對PR系列隔離開關(guān)機(jī)械強(qiáng)度不夠的齒形子母銷在出廠前進(jìn)行更換，換成強(qiáng)度高的實(shí)心不銹鋼銷。

4）隔離開關(guān)（刀閘）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由于操作時(shí)產(chǎn)生的沖擊力作用、機(jī)械磨損以及各轉(zhuǎn)動(dòng)軸銷長年運(yùn)行密封不良導(dǎo)致的雨水滲入等環(huán)境因素影響，易出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)不平穩(wěn)、費(fèi)力及卡滯等現(xiàn)象。停電檢修時(shí)，應(yīng)對傳動(dòng)系統(tǒng)的軸套、軸銷、拐臂軸承是否出現(xiàn)銹蝕、變形、磨損或部分螺栓未緊固，另外也應(yīng)重點(diǎn)檢查導(dǎo)電觸頭有無變形、變色等異常現(xiàn)象。檢修時(shí)應(yīng)著重檢查調(diào)整傳動(dòng)系統(tǒng)，給各轉(zhuǎn)動(dòng)部位加潤滑油。

[1]GB 1985—2014 高壓交流隔離開關(guān)和接地開關(guān)[S].

[2]西門子（杭州）高壓開關(guān)有限公司. PR1/PR2型隔離開關(guān)維護(hù)與檢修導(dǎo)則[R]. 杭州: 2007.

[3]西門子（杭州）高壓開關(guān)有限公司. PR型隔離開關(guān)安裝操作說明書[R]. 杭州: 2002.

[4]西門子（杭州）高壓開關(guān)有限公司. MA-6電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)安裝維護(hù)手冊[R]. 杭州: 2005.

[5]盛明學(xué), 王志清. 戶外高壓隔離開關(guān)常見故障的原因分析與處理[J]. 高壓電器, 2010, 46(10).

[6]張珂磊. 隔離開關(guān)常見故障分析及處理[J]. 水利水電技術(shù), 2014, 45(6).