一起斷路器彈簧儲能故障分析與處理

劉濱濤 肖建華 黃 倩

（廣東電網(wǎng)公司揭陽供電局，廣東 揭陽 522000）

斷路器彈簧儲能機構(gòu)常用拉簧或卷簧構(gòu)成。卷簧具有結(jié)構(gòu)緊湊，性能穩(wěn)定、操作功低等優(yōu)點。ABB公司的LTB245E1型斷路器采用的就是BLK222型“渦卷”式彈簧操動機構(gòu)，其主要特點是：成套性高、組件數(shù)量少、動作迅速。因此，工藝要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

2011年底，1臺恢復(fù)送電的220 kV LTB245E1型斷路器在送電過程中機構(gòu)發(fā)生彈簧未儲能故障，在處理過程中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品因裝配工藝等原因存在質(zhì)量隱患，在廠家技術(shù)人員的指導下檢修人員及時進行了處理。

1 故障經(jīng)過

2011年，220kV榕揭乙線停電進行保護定檢，期間保護短時間內(nèi)頻繁傳動開關(guān)多次。定檢結(jié)束后，恢復(fù)送電。合上開關(guān)控制電源后大概1min后，運行人員發(fā)現(xiàn)后臺“彈簧儲能空開跳閘”光字牌亮，同時發(fā)現(xiàn)“彈簧未儲能”光字牌一直高亮，沒有復(fù)歸。運行人員立即停止操作到現(xiàn)場查看，發(fā)現(xiàn)C相彈簧機械指示未到儲能滿位置，打開機構(gòu)箱發(fā)現(xiàn)儲能電機空開已跳開，運行人員懷疑電機短路造成空開跳閘，于是用萬用表測量電機相間電阻無異常后，再次合上儲能電機空開，正常情況下儲能在10s左右就應(yīng)完成，現(xiàn)場卻發(fā)現(xiàn)儲能電機一直有運轉(zhuǎn)聲，聲音沉悶異常，儲能指示一直無法到達“儲能滿”位置。幾十秒后，儲能空開過負荷跳開。運行人員無法處理故障，隨即匯報調(diào)度將開關(guān)轉(zhuǎn)檢修。繼保和檢修人員到現(xiàn)場后，初步懷疑是儲能位置繼電器故障造成電機無法自動切斷回路，造成電機堵轉(zhuǎn)。根據(jù)電機儲能回路分析，電機儲能控制是由儲能位置輔助接點直接控制的，與開關(guān)分合閘狀態(tài)無關(guān)，及BLK222型機構(gòu)在分合閘位置時均能儲能。

2 故障分析

BLK222型操作機構(gòu)利用“渦卷”式合閘彈簧直接驅(qū)動斷路器的連桿，不需要任何中間凸輪盤，連桿或軸。卷簧由一個交流電機儲能，所有動力元件都安裝在一根由箱體支撐的主軸上。分閘緩沖器用于緩沖觸頭系統(tǒng)在行程末期的運動，分閘和合閘掣子相同，具有速動和防震的特點[1]。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 BLK222型“渦卷”式彈簧操動機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

在廠家技術(shù)人員的指導下，檢修人員對C相開關(guān)機構(gòu)箱進行了解體，發(fā)現(xiàn)儲能位置輔助接點繼電器功能是正常的，但是儲能限位擋板并未到位，繼續(xù)解體才發(fā)現(xiàn)合閘彈簧間的白色襯墊已發(fā)生嚴重變形。

該“渦卷”式彈簧操動機構(gòu)中，斷路器在合閘過程中就先完成了對分閘彈簧的儲能。渦卷彈簧裝于彈簧盒內(nèi)，其內(nèi)外端有鉤環(huán)，分別與主軸和彈簧盒連接，彈簧盒外圓有齒輪。儲能時主軸不動，電機帶動彈簧盒旋轉(zhuǎn)，使渦卷彈簧儲能[2]，儲能到位后，由合閘掣子閉鎖，彈簧儲能繼電器限位開關(guān)動作切斷儲能回路。當合閘線圈接收到合閘指令脈沖后，使合閘掣子脫扣，合閘彈簧釋放能量，由合閘驅(qū)動軸帶動驅(qū)動拐臂，再經(jīng)驅(qū)動拐臂牽引偏心拐臂傳遞給斷路器的拉桿和分閘彈簧，斷路器合閘，此后電機對合閘彈簧再次儲能。牽引偏心拐臂由分閘掣子閉鎖，合閘驅(qū)動拐臂由合閘掣子閉鎖，斷路器保持在合閘位置。在這次定檢中，由于保護人員傳動斷路器，使得合閘彈簧層間的白色襯墊發(fā)生了位移，在短時間內(nèi)多次傳動后，由于最內(nèi)圈卷簧不斷收緊，留給襯墊的空間越來越小，隨著襯墊逐漸向彈簧內(nèi)部移動，最終襯墊受到卷簧的擠壓導致變形，使卷簧無法正常儲能到位。

該襯墊在彈簧外側(cè)主要是為均衡彈簧各部分受力的作用。襯墊的固定主要是依靠裝配時卷簧首端的夾緊件，夾緊件的功能就是調(diào)整卷簧與襯墊之間的空隙與受力大小的。當過緊時，卷簧與襯墊空間太小，襯墊受的摩擦力明顯增大，特別是最內(nèi)圈襯墊受力最大，容易發(fā)生變形；當過松時，容易在釋能過程中發(fā)生位移，如果向內(nèi)圈移動則與過緊時一樣效果。因此，夾緊件的壓緊量有嚴格規(guī)定，只有在正常范圍才能保證卷簧的正常工作。此次故障，就是由于C相機構(gòu)夾緊件過松導致的，在運行初期襯墊剛開始位移，卷簧的變形量還能夠保證正常儲能，隨著定檢傳動次數(shù)增多，白色襯墊逐步受擠壓使彈簧行程受到限制，儲能行程擋板無法到位，造成無法切斷儲能回路，從而電機堵轉(zhuǎn)過負荷跳開儲能空開。

3 措施及原因分析

由于線路受運行方式影響不能長時間停電，調(diào)整夾緊件須有專門工具，廠家人員決定暫時采取臨時措施，決定切割掉已變形的白色襯墊，使卷簧可以儲能到位，等新的機構(gòu)箱運到以后再進行更換，舊的機構(gòu)箱返廠維修。并對此批次斷路器隨停電進行檢查來杜絕隱患。圖2為襯墊切割前后對比圖。

圖2 襯墊切割前后對比圖

通過機構(gòu)解體和動作原理分析，可以判斷此次機構(gòu)故障的原因是由于夾緊件裝配工藝質(zhì)量問題導致合閘彈簧層間白色襯墊位移，廠家事后對此次故障發(fā)來確認函，認為是由于裝配工藝不當造成的，本身卷簧無問題。

值得注意的是，此次故障也不是第一次出現(xiàn)，在2010年也出現(xiàn)過一起類似故障，當時白色襯墊位移和變形沒有那么厲害，廠家人員只是重新調(diào)整了襯墊位置并沒有采取切割方式就解決了問題，由于問題不是很大當時并沒有引起重視。對于此批次的斷路器懷疑可能均有此問題，但由于不能一一解體檢查無法確定。此批斷路器由北京ABB高壓開關(guān)廠2008年2月生產(chǎn)，一共14組42相，編號為136000596701- 136000596714。對于在惡劣雷雨天氣下斷路器可能發(fā)生多次單相重合的情況下發(fā)生斷路器拒合故障，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

4 結(jié)論

BLK彈簧機構(gòu)采用瑞士生產(chǎn)的卷簧機構(gòu)，成套性高，維護量小，整體運行可靠性較高。對于儲能回路的問題，大部分是發(fā)生在電氣回路，例如儲能電機短路、行程開關(guān)失靈或受潮短路引起，機械故障也多發(fā)生于卷簧質(zhì)量不佳導致斷裂所致，而此次故障是由卷簧的輔料造成比較罕見。事實表明，BLK機構(gòu)發(fā)生程度較嚴重襯墊位移時，合閘成功率達不到100%。彈簧機構(gòu)的多種優(yōu)良特性使得市場占有率近年來增長迅速。雖然彈簧機構(gòu)檢修維護量小，但對它的維護工作仍需引起檢修人員的高度重視，彈簧機構(gòu)一旦出現(xiàn)故障，很容易發(fā)生開關(guān)拒動造成事故范圍擴大。對于本文所訴故障，日常巡視中很難發(fā)現(xiàn)，其最直觀的影響是儲能機械指示不到位，因為指示是與儲能卷簧連動的，與正常儲能相比有小偏差。但是由于偏差行程很小，難以判斷。故對斷路器預(yù)試定檢后檢查儲能指示，并與工作前對比，最好工作前后拍照進行對比。其次，如果發(fā)生電機堵轉(zhuǎn)，沒有發(fā)現(xiàn)其他問題時因解體對彈簧進行分析。在定期檢修維護中，彈簧機構(gòu)的檢查，限于無法進行解體檢查，主要進行目測檢查、定期潤滑等工作，并且繼保定檢時不應(yīng)頻繁傳動，盡量降低對斷路器的機械沖擊，確保彈簧機構(gòu)的運行可靠性。

[1]LTB 72.5-245E1 BLK222單相操作手冊[R].北京 ABB高壓開關(guān)廠,2008.

[2]劉國榮.渦卷彈簧儲能操作機構(gòu)的設(shè)計與應(yīng)用[J].機電工程技術(shù),2004(10).