一起220 kV GIS斷路器拒分故障的分析與處理

盧雨翔，熊一凡，王師奇

（國網(wǎng)江西省電力有限公司檢修分公司，江西南昌330096）

0 引言

隨著電力系統(tǒng)容量的不斷增加，江西省超高壓電網(wǎng)的不斷擴大，斷路器在變電站的安全生產(chǎn)運行中發(fā)揮著不可替代的重要作用[1]。本文結合一起某500 kV變電站220 kV母聯(lián)GIS斷路器（型號ZF11-252L）拒分故障的分析與處理，使得當該類型斷路器發(fā)生拒分問題后能迅速處理該類型故障，減少停電事件，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。

1 斷路器的主要作用

斷路器在500 kV變電站的安全運行中起著重要作用，對于斷路器，主要有以下2個重要的作用：1）正常情況下接通和斷開高壓電路中的空載及負荷電流；2）在系統(tǒng)發(fā)生故障時能與保護裝置和自動裝置相配合，迅速切斷故障電流，防止事故擴大，從而保證系統(tǒng)安全運行[2]。因此，當斷路器發(fā)生拒分故障時，若此時出現(xiàn)故障，斷路器將無法有效、正確的隔離故障，這將導致故障范圍擴大，繼續(xù)跳開上一級斷路器，嚴重時，可能造成主變跳閘、母線失壓的重大事故。

2 問題描述

當進行倒閘操作時，操作員下令斷開母聯(lián)開關，監(jiān)控機上顯示A相分位、B相合位、C相合位，現(xiàn)場檢查機構位置與監(jiān)控機一致。打開機構箱檢查后，發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)存在明顯的刺鼻味道，經(jīng)檢查，三相的合閘、主分、副分線圈外觀無明顯異常，分合閘線圈電阻均在93 Ω左右?？刂苹芈烦隹陔妷?，正極對地電壓為113V，負極對地電壓為-112V，出口電壓正常。從智能控制柜再次對斷路器進行分閘操作，A、B相分閘成功，C相再次拒分。

3 對斷路器拒分故障原因的分析與處理

3.1 機構動作原理

斷路器由本體（含滅弧室）、機構箱、彈簧機構、傳動連桿等結構組成[1]。其結構如圖1所示。

圖1 彈簧機構斷路器布置示意圖

彈簧機構主要分為電機儲能系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)，輸出軸系統(tǒng)，分合閘脫扣系統(tǒng)，合閘彈簧裝配和分閘彈簧裝配等部分。斷路器用彈簧操動機構的主要功能是帶動本體實現(xiàn)合閘動作、分閘動作和重合閘動作。彈簧機構原始狀態(tài)處于分閘位置，合閘彈簧未儲能狀態(tài)，帶動本體動作原理如圖2。

圖2 彈簧機構布置示意圖

儲能操作：在分閘位置，合閘彈簧未儲能狀態(tài)，當斷路器合閘操作完畢時，限位開關將儲能電機接通，電機帶動棘爪推動棘輪旋轉，通過拉桿將合閘彈簧儲能，棘輪過死點后，在合閘彈簧力的作用下棘輪受到旋轉的力矩，但合閘脫扣器將棘輪上的合閘止位銷鎖住，從而將彈簧操動機構保持在合閘預備狀態(tài)，如圖3、圖4。

圖3 分閘位置，合閘彈簧未儲能

圖4 分閘位置，合閘彈簧已儲能

合閘操作：彈簧操動機構處于分閘位置且合閘彈簧已儲能。當合閘電磁鐵受電動作后，合閘脫扣器釋放棘輪上的合閘止位銷，從而在合閘彈簧的作用下，棘輪通過主軸帶動凸輪旋轉，凸輪又推動主拐臂上的磙子，再帶動主拐臂和通過拉桿帶動傳動拐臂旋轉，拐臂帶動拉桿裝配和外拐臂向下運動，推動絕緣拉桿，實現(xiàn)斷路器本體動觸頭裝配和靜觸頭裝配的合閘，并對分閘彈簧儲能。當斷路器合閘到位后，分閘脫扣器又將主拐臂上的分閘止位銷鎖住，從而保持斷路器本體在合閘位置和分閘彈簧在壓縮儲能狀態(tài)，為下一次分閘準備，如圖5、圖6。

圖5 合閘位置，合閘彈簧未儲能

圖6 合閘位置，合閘彈簧已儲能

分閘操作：彈簧操動機構處于合閘位置并且分閘彈簧被壓縮儲能時，當分閘電磁鐵受電動作后，分閘脫扣器釋放主拐臂上的分閘止位銷，從而在分閘彈簧的作用下，傳動拐臂通過拉桿帶動主拐臂轉動，拐臂帶動拉桿裝配和外拐臂向上運動，推動絕緣拉桿，實現(xiàn)斷路器本體動觸頭裝配和靜觸頭裝配的分閘，并由分閘彈簧的預壓縮力將其保持在分閘位置，如圖3。

3.2 原因分析

根據(jù)以上分閘原理介紹，開關在得到分閘指令時，電磁鐵受電，撞桿將一級分閘鎖閂打開，二級鎖扣系統(tǒng)受力平衡被打破，在分閘彈簧力作用下，分閘保持掣子將向右運動，主拐臂銷軸和軸承轉動，拐臂將轉動使本體分閘，如圖7。

圖7 分閘脫扣結構示意圖

現(xiàn)場反饋的情況，開關拒分后，B相在第二次電動操作時分閘，C相電動無法分閘，最終經(jīng)手動操作后分閘。C相機構分閘電磁鐵空程現(xiàn)場測量為3mm。結合以上分析，編制試驗驗證方案，對機構進行試驗驗證、零部件檢測和脫扣力計算分析。具體如下：

3.2.1 操作試驗驗證分析

3.2.1.1 機構電磁鐵空程、行程和線圈電阻進行測量，測量結果均滿足技術要求，測量結果見表1。

表1 測量結果

3.2.1.2 模擬在額定操作電壓下對B、C相機構進行30次[3]分合閘試驗，操作無異常。

3.2.1.3 將C相機構分閘鎖閂處左右間隙調(diào)整至0.1 mm，在額定操作電壓下機構能夠正常分合閘。

3.2.1.4 對機構進行低電壓動作測試，分閘時最低動作電壓為80V。

3.2.2 零部件檢測

經(jīng)過檢測，零部件基本滿足設計要求，不存在特別超差異?，F(xiàn)象，經(jīng)過討論分析不是拒分發(fā)生的直接原因。

3.2.3 解體檢查

拆解ABC三相機構分閘保持掣子，發(fā)現(xiàn)C相分閘保持掣子磙子有磨損，與其他部位有明顯不同，不光滑。設計要求粗糙度為0.8，實際查看A、B相機構無此問題，且在現(xiàn)場分合幾十次，機構動作無異常，初步分析為裝配時磕碰所致，為個例，不影響機構正常動作。

3.2.4 脫扣力計算分析

根據(jù)機構計量尺寸進行脫扣力計算，對合閘狀態(tài)時分閘系統(tǒng)受力分析，由分閘彈簧力值推算分閘鎖閂脫扣力在150 N左右，脫扣力計算結果沒有問題。

3.2.5 零件檢查

進一步檢查機構情況，發(fā)現(xiàn)主拐臂銷軸軸承安裝孔存在磨損，有明顯印痕。由于機構運行半年左右，經(jīng)現(xiàn)場反饋信息，此處轉動靈活，一級鎖閂脫扣后，二級鎖扣直接脫扣沒有異?，F(xiàn)象，理應不是此處問題，且該設備已經(jīng)為主拐臂脫扣銷軸安裝孔進行過升版，要求硬度提高到HRC45-50左右。但實際情況主拐臂銷軸軸承安裝孔已存在磨損，屬于異常狀態(tài)，異常狀態(tài)如圖8所示。

圖8 主拐臂安裝孔內(nèi)壁存在劃痕

隨后，我們對機構異常動作情況當分閘鎖閂右端打開2mm保持在平衡狀態(tài)下進行受力分析，當二級脫扣系統(tǒng)存在0.3摩擦系數(shù)時，機構能保證自平衡。而查閱資料，正常的鋼對鋼材質(zhì)摩擦系數(shù)在0.1～0.2之間。

4 結語

根據(jù)檢測計量和脫扣計算分析結果，本次220 kV斷路器機構拒動是由于機構主拐臂脫扣銷軸安裝孔硬度不足，機構多次動作后安裝孔處磨損變形，導致分閘脫扣系統(tǒng)主拐臂銷軸與軸承間的摩擦系數(shù)增大超出正常值，造成機構異?？霈F(xiàn)拒分現(xiàn)象。根據(jù)上述分析，為了消除摩擦系數(shù)異常增大隱患，擬對現(xiàn)場斷路器彈簧機構提出以下整改措施：

1）利用停電檢修時間，對變電站內(nèi)全部斷路器產(chǎn)品機構進行詳細維護排查，避免因螺栓松動、潤滑不良等原因造成機構故障[4]；

2）對分閘電磁鐵間隙、分閘鎖閂軸系統(tǒng)裝配靈活程度進行確認，保證傳動靈活[5]，滿足設計要求；

3）對變電站現(xiàn)場運行產(chǎn)品軸承進行更換，將不帶軸承外圈的軸承更換為帶外圈的軸承，增大受力面積，可以有效避免軸承安裝孔因硬度不足造成滾針軸承轉動不靈活的問題。