一起110kV組合電器斷路器彈簧機(jī)構(gòu)故障分析

羅湘慈 熊宏平 袁進(jìn)雄

摘要：斷路器是電網(wǎng)中最重要的電氣設(shè)備之一，在電網(wǎng)中起著投切電氣設(shè)備，切除故障電流等保護(hù)作用。如果斷路器發(fā)生異常不及時(shí)消除，則在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，事故范圍將有可能擴(kuò)大。分析斷路器的故障原因，及時(shí)消除設(shè)備異常，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，保證電網(wǎng)安全具有重要意義。以一起110kV組合電器斷路器彈簧機(jī)構(gòu)在運(yùn)行中發(fā)生的異常為研究對(duì)象，在分析合閘彈簧預(yù)壓力對(duì)斷路器合閘時(shí)間、速度影響的基礎(chǔ)上，對(duì)斷路器故障進(jìn)行分析，提出對(duì)斷路器同類性故障處理意見(jiàn)及防范措施。

關(guān)鍵詞：組合電器;斷路器;彈簧機(jī)構(gòu);缺陷分析

引言

110kV高云變電站，110kV室內(nèi)設(shè)備采用山東泰開(kāi)高壓開(kāi)關(guān)有限公司生產(chǎn)的ZF10-126組合電器，三臺(tái)斷路器配CT26彈簧操作機(jī)構(gòu)。2021年3月3日，運(yùn)維人員正常巡視110kV高云變電站組合電器502斷路器時(shí)發(fā)現(xiàn)：斷路器彈簧機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能拉桿已儲(chǔ)能指示位置、儲(chǔ)能扣板及凸輪位置方向與站內(nèi)500、504間隔不一致。存在正常操作時(shí)導(dǎo)致斷路器拒分，燒毀分閘線圈;線路故障時(shí)斷路器拒分，越級(jí)跳閘，造成電網(wǎng)事件的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)初步分析該故障的主要原因系合閘彈簧預(yù)壓力發(fā)生改變所致，立即對(duì)斷路器進(jìn)行檢修。

一、故障簡(jiǎn)述

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，502斷路器機(jī)械、電氣位置指示處于合閘狀態(tài)，高壓帶電顯示正常，后臺(tái)電流及負(fù)荷顯示正常，無(wú)異常信號(hào)。打開(kāi)機(jī)構(gòu)箱門檢查發(fā)現(xiàn)502斷路器彈簧機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能拉桿位置指示不到位，儲(chǔ)能扣板及凸輪位置方向與500、504間隔不一致，輔助開(kāi)關(guān)拉桿連接螺帽松動(dòng)，分合閘線圈正常。

二、缺陷處理情況

2.1經(jīng)初步分析高云變電站三臺(tái)斷路器系同一廠家、同一時(shí)間、同一批次產(chǎn)品，查詢?cè)O(shè)備運(yùn)行記錄發(fā)現(xiàn)504斷路器有同類性缺陷，發(fā)生該故障的主要原因系合閘彈簧預(yù)壓力發(fā)生改變所致。3月25日變電站502、500、504斷路器停電檢修，對(duì)三臺(tái)斷路器操作機(jī)構(gòu)合閘彈簧進(jìn)行了更換，經(jīng)調(diào)試斷路器回路電阻、機(jī)械特性及低電壓動(dòng)作試驗(yàn)合格。

2.2、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

三、故障原因分析

3.1斷路器合閘不到位分析

斷路器分合閘動(dòng)作時(shí)，彈簧輸出操作功，通過(guò)傳動(dòng)部件帶動(dòng)滅弧室本體進(jìn)行分合。當(dāng)出現(xiàn)斷路器合閘不到位卡滯時(shí)，此時(shí)斷路器本體內(nèi)滅弧室運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量并沒(méi)有發(fā)生變化，出現(xiàn)問(wèn)題可能的原因：一是傳動(dòng)環(huán)節(jié)阻力變大;二是合閘彈簧預(yù)壓量調(diào)整不當(dāng)，預(yù)壓值較小，導(dǎo)致彈簧輸出力值較小，合閘操作時(shí)不足以使斷路器順利合閘。

產(chǎn)品廠內(nèi)裝配時(shí)，各傳動(dòng)環(huán)節(jié)按照工藝規(guī)范需涂抹適量的潤(rùn)滑脂，產(chǎn)品供貨后，圖中“導(dǎo)桿傳動(dòng)”“機(jī)構(gòu)傳動(dòng)”等位置長(zhǎng)期暴露在空氣中，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的靜置，導(dǎo)桿表面以及部分傳動(dòng)軸銷連接件，會(huì)沾有一些灰沙粉塵等。同時(shí)，涂抹的潤(rùn)滑脂存在粘滯和揮發(fā)特性，增大了內(nèi)摩擦系數(shù)。這樣，在粘附雜質(zhì)和摩擦系數(shù)的影響下，開(kāi)關(guān)動(dòng)作過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)阻力增大的現(xiàn)象。

由于開(kāi)關(guān)長(zhǎng)期處于運(yùn)行狀態(tài)，操作較少，長(zhǎng)期靜置后有導(dǎo)致分合閘阻力增大的可能性，且第一次分合閘力矩有明顯偏大的可能性。

斷路器配備的 CT26 機(jī)構(gòu)，其中分合閘彈簧分別置于各自的彈簧筒內(nèi)，提前施加一個(gè)預(yù)緊力，用以調(diào)整分合閘彈簧輸出力值大小，預(yù)壓量分別如下圖1中 L1 和 L2 所示：

通過(guò)對(duì)分合閘彈簧預(yù)壓量的調(diào)整，使斷路器分合閘速度、時(shí)間符合技術(shù)要求。合閘彈簧預(yù)緊調(diào)整不當(dāng)時(shí)，預(yù)壓余量較小，合閘阻力無(wú)變化時(shí)，短期內(nèi)斷路器可正常進(jìn)行分合動(dòng)作。當(dāng)傳動(dòng)環(huán)節(jié)阻力變化時(shí)，可能由于合閘彈簧的預(yù)壓裕度較小，此時(shí)出現(xiàn)彈簧的預(yù)壓值與斷路器的合閘特性不匹配，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致合閘不到位。

分閘彈簧的預(yù)壓調(diào)整也會(huì)影響斷路器合閘特性。CT26機(jī)構(gòu)合閘操作功一般分為四個(gè)部分：a、帶動(dòng)斷路器合閘操作;b、給分閘彈簧儲(chǔ)能;c、運(yùn)動(dòng)構(gòu)件摩擦消耗;d、合閘緩沖器吸收的能量。

當(dāng)分閘彈簧的預(yù)壓量調(diào)整較大時(shí)，斷路器合閘操作中，除克服摩擦阻力外，還需克服對(duì)分閘彈簧的預(yù)壓，由于分閘彈簧的調(diào)整不當(dāng)，也極有可能造成合閘不到位。當(dāng)傳動(dòng)阻力增大，彈簧預(yù)壓量不足，合分閘速度下降超出技術(shù)要求時(shí)，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)末端動(dòng)能發(fā)生改變，機(jī)構(gòu)緩沖特性也會(huì)出現(xiàn)不匹配;此時(shí)增加彈簧預(yù)壓量，調(diào)節(jié)合分閘速度達(dá)到技術(shù)要求值后，機(jī)構(gòu)緩沖特性才能恢復(fù)為與相應(yīng)末端動(dòng)能匹配。

3.2 電動(dòng)不能分閘分析

①當(dāng)機(jī)構(gòu)合閘完成時(shí)，機(jī)構(gòu)拐臂和合閘保持掣子扣接，合閘保持掣子和分閘掣子扣接，合閘狀態(tài)得到保持。同時(shí)分閘彈簧能量?jī)?chǔ)滿，以備后續(xù)的分閘操作。當(dāng)機(jī)構(gòu)接到分閘信號(hào)，分閘電磁鐵吸合，推動(dòng)分閘掣子轉(zhuǎn)動(dòng)，為合閘保持掣子讓開(kāi)位置。這時(shí)候分閘彈簧能量釋放，拐臂在彈簧的拉動(dòng)下進(jìn)行分閘。

②當(dāng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)合閘不到位的異常時(shí)，凸輪和大拐臂擠住，大拐臂和掣子無(wú)法扣接，機(jī)構(gòu)無(wú)法進(jìn)行分閘動(dòng)作。若對(duì)此時(shí)的機(jī)構(gòu)施加分閘信號(hào)，由于機(jī)構(gòu)無(wú)法分閘，分閘線圈長(zhǎng)期帶電，會(huì)導(dǎo)致分閘線圈燒壞。

3.3 儲(chǔ)能指示異常分析

斷路器因合閘不到位，機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能凸輪與行程開(kāi)關(guān)仍未脫離接觸，機(jī)構(gòu)無(wú)法儲(chǔ)能。根據(jù)彈簧機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)能原理，在合閘不到位的情況下，即使行程開(kāi)關(guān)接通，儲(chǔ)能電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，也只能空轉(zhuǎn)，棘輪和棘爪無(wú)法接觸，無(wú)法實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，最終燒毀電機(jī)。故出現(xiàn)合閘不到位的情況下，必然會(huì)出現(xiàn)儲(chǔ)能狀態(tài)異常。

3.4 機(jī)構(gòu)彈簧性能分析

若彈簧性能在長(zhǎng)期運(yùn)行后發(fā)生了疲勞，導(dǎo)致彈簧力值減小，是有可能發(fā)生操作功不足，合閘不到位現(xiàn)象的。對(duì)該型產(chǎn)品所配彈簧進(jìn)行了力學(xué)特性檢測(cè)，測(cè)量值如表1、2、3，測(cè)試的壓縮量對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)下圖2：

3.5、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：該批斷路器交接試驗(yàn)日期為2015年11月，從上表中交接與檢修前后試驗(yàn)數(shù)據(jù)及彈簧測(cè)試數(shù)據(jù)分析，三臺(tái)斷路器分、合閘時(shí)間，分、合閘速度均有明顯變化，其主要原因是分合閘彈簧傳動(dòng)阻力增大，彈簧預(yù)壓量不足，分合閘速度下降，導(dǎo)致合閘不到位。

四、結(jié)論和防范措施

4.1結(jié)論

以上分析表明，某變電站110kV組合電器三臺(tái)斷路器新安裝調(diào)試合格后，短期內(nèi)合閘阻力基本無(wú)變化，斷路器合閘特性不會(huì)發(fā)生明顯改變。隨設(shè)備投運(yùn)時(shí)間的增加，傳動(dòng)環(huán)節(jié)阻力增大，合閘彈簧預(yù)壓力發(fā)生變化，合閘特性受到阻力增大的影響，出現(xiàn)合閘速度降低導(dǎo)致機(jī)構(gòu)合閘不到位。

4.2防范措施

（1）同類設(shè)備巡視時(shí)重點(diǎn)檢查項(xiàng)目

①查看斷路器分合指示是否與開(kāi)關(guān)本體一致;

②查看后臺(tái)二次信號(hào)指示是否與開(kāi)關(guān)本體實(shí)際狀態(tài)一致;

③查看儲(chǔ)能狀態(tài)是否正常;

④查看輔助開(kāi)關(guān)拉桿是否正常。

（2）在停電檢修時(shí)對(duì)其它同型產(chǎn)品進(jìn)行排查。通過(guò)實(shí)測(cè)預(yù)緊與特性數(shù)據(jù)的對(duì)比，判斷現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所配彈簧的調(diào)整或力值輸出是否符合技術(shù)要求。如有特性超差的，可通過(guò)調(diào)整彈簧預(yù)壓量予以消除，無(wú)法消除的更換彈簧。

排查方法：①對(duì)間隔斷路器進(jìn)行機(jī)械特性測(cè)量，測(cè)試斷路器分合閘時(shí)間和速度是否符合技術(shù)要求，如有特性超差的，可通過(guò)調(diào)整彈簧預(yù)壓量予以消除，若無(wú)法消除的進(jìn)行更換彈簧處理。②特性合格的，為進(jìn)一步提高合閘操作功的裕度，需進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)方式為：將斷路器合閘彈簧的預(yù)壓量回退 5mm，再次進(jìn)行特性試驗(yàn)，查看此時(shí)斷路器是否可以正常進(jìn)行分合閘，查看特性參數(shù)值是否符合技術(shù)要求值。如符合，將此合閘彈簧再壓緊 5mm（復(fù)原），此間隔排查完畢。通過(guò)此種驗(yàn)證，預(yù)留 5mm合閘彈簧預(yù)壓量的操作功以克服由于長(zhǎng)期運(yùn)行不動(dòng)作造成的合閘阻力增大。

（3）新設(shè)備投運(yùn)時(shí)，嚴(yán)格按照設(shè)備的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)把好旁站驗(yàn)收關(guān)，旁站試驗(yàn)項(xiàng)目需簽名確認(rèn)。

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作者簡(jiǎn)介：羅湘慈（1967-），男，漢，湖南慈利人，大專，高級(jí)工程師，主要研究方向：變電設(shè)備檢修。