SF6斷路器拒合故障分析及處理

蔣 宜 杰， 王 賀

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610000)

SF6斷路器拒合故障分析及處理

蔣 宜 杰， 王 賀

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610000)

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，彈簧操作機構(gòu)高壓斷路器得到了廣泛應(yīng)用，斷路器拒合現(xiàn)象也時有發(fā)生，但是操作機構(gòu)內(nèi)部部件配合問題導(dǎo)致的斷路器拒合故障卻比較少見，本文通過對斷路器操作機構(gòu)動作原理和內(nèi)部元件深入分析，找到了導(dǎo)致彈簧操作機構(gòu)SF6斷路器拒合的根本原因并提出了解決辦法，可為同類型設(shè)備故障檢修提供參考。

SF6斷路器；故障分析；故障現(xiàn)象；故障處理

0 引 言

SF6斷路器具有體積小、重量輕、開斷能力強、絕緣性能優(yōu)良、維護(hù)量小等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。斷路器操作機構(gòu)是直接影響著斷路器的分合閘操作的關(guān)鍵部件，其可靠性直接影響著斷路器的性能。目前電力系統(tǒng)中應(yīng)用較多的斷路器操作機構(gòu)類型有氣動操作機構(gòu)、液壓彈簧操作機構(gòu)、彈簧操作機構(gòu)等類型。其中氣動和液壓彈簧操作機構(gòu)主要依賴于進(jìn)口，被用在大容量、高電壓等級的斷路器上。彈簧操作機構(gòu)有電源容量小、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、維護(hù)簡單、價格便宜等特點，被廣泛應(yīng)用于220 kV及以下開關(guān)站中[1]。

1 故障現(xiàn)象

該電站220 kV開關(guān)站型號為ZFW20-252，站內(nèi)SF6斷路器額定電流有2 000 A和4 000 A兩種類型，斷路器采用彈簧操作機構(gòu)，操作機構(gòu)型號為CT30，由陜西某操作機構(gòu)制造廠供貨，該操作機構(gòu)在2014～2016年期間有數(shù)百臺的銷量。

在GIS開關(guān)站設(shè)備安裝調(diào)試期間，L32E間隔斷路器B相在多次“遠(yuǎn)方”操作后，出現(xiàn)拒合現(xiàn)象，斷路器控制方式改為“現(xiàn)地”后，操作多次同樣出現(xiàn)拒合。

2 故障分析

對于彈簧機構(gòu)的SF6斷路器不能合閘的原因主要有以下幾種：(1)合閘命令未到達(dá)合閘線圈；(2)合閘彈簧未儲能；(3)合閘線圈(電磁鐵)故障；(4)斷路器合閘完成后控制系統(tǒng)誤發(fā)出分閘信號；(5)操作機構(gòu)內(nèi)部配合問題[2]。

跟蹤斷路器合閘過程，拒合時斷路器操作機構(gòu)并非不動，而是首先完成合閘動作，緊接著自行進(jìn)行分閘動作。所以表面上看斷路器是拒合，但從整個過程看斷路器完成了一次合、分動作。因此，可以排除上述(1)～(3)故障原因，同時測試斷路器合閘過程中分閘線圈一直未得電，因此可以排除(4)故障原因。綜上所述，本次斷路器拒合故障應(yīng)該為操作機構(gòu)內(nèi)部配合問題。

假設(shè)斷路器初始狀態(tài)為分閘狀態(tài)，合閘彈簧已儲能。合閘操作的動作流程如圖1所示。

圖1 斷路器合閘操作(合閘彈簧儲能狀態(tài))

斷路器收到合閘命令，合閘線圈勵磁，合閘掣子頂部順時針動作，分閘保持掣子下移并與B銷分離，凸輪在合閘彈簧的拉動下逆時針旋轉(zhuǎn)并沖擊小拐臂，小拐臂沿拐臂軸順時針旋轉(zhuǎn)，分閘彈簧儲能。同時在合閘末期，凸輪提供約4%的過沖量，保持角度約15°，此時A銷擺過合閘保持掣子的保持部分，合閘保持掣子在復(fù)位彈簧的作用下，逆時針轉(zhuǎn)動在A銷上，合閘保持掣子底部滾子沿分閘掣子上斜面滑落出去，分閘掣子在復(fù)位彈簧的作用下順時針轉(zhuǎn)動至鎖扣位置，此時合閘保持掣子底部滾子與分閘掣子下平面有0.5 mm的間隙，過沖的拐臂在分閘彈簧的作用下回擺，A銷作用在合閘保持掣子的保持部分的斜面上，由于作用力矩為順時針方向，推動合閘保持掣子順時針轉(zhuǎn)動，滾子壓在脫扣掣子的下平面上，合閘保持掣子不能繼續(xù)轉(zhuǎn)動，從而完成合閘保持，合閘操作完成。

假如此時儲能回路未通電，則操作機構(gòu)各部件位置如圖2所示[3]。

圖2 斷路器合閘操作完成(合閘彈簧未儲能狀態(tài))

從操作過程可以看出，斷路器操作機構(gòu)合閘保持是一個動態(tài)響應(yīng)過程，即拐臂過沖和回落時間必須大于合閘保持掣子恢復(fù)時間和脫扣掣子恢復(fù)時間之和，如若反之，就會出現(xiàn)拒合現(xiàn)象。

綜上所述，斷路器合閘后隨即分開，問題應(yīng)該出在合閘保持環(huán)節(jié)上。拆除操作機構(gòu)分閘掣子后發(fā)現(xiàn)，分閘掣子端面有明顯的磨損痕跡，如圖3所示，說明分閘掣子質(zhì)量可能存在問題。

圖3 斷路器分閘掣子端部磨損

對故障斷路器分閘掣子進(jìn)行尺寸測量，分閘掣子標(biāo)準(zhǔn)尺寸如圖4所示：

圖4 斷路器分閘掣子標(biāo)準(zhǔn)尺寸

測試結(jié)果表明分閘掣子兩個關(guān)鍵尺寸與說明書相比出現(xiàn)超差，如表1所示：

表1 斷路器分閘掣子尺寸測試記錄

對分閘掣子端部平面度進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)同樣存在超差，如表2所示：

表2 斷路器分閘掣子平面度測試記錄

綜上分析拒合現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：

發(fā)生拒合的分閘掣子17±0.09 mm、100+0.15mm 尺寸超差，通過計算，超差直接造成1.6 mm直線鎖緊尺寸減少為1.4 mm(說明書要求的可靠鎖緊尺寸不小于1.5 mm)，從而導(dǎo)致分閘掣子端頭受不正當(dāng)磨損，致使掣子端部平面度變差，在分閘脫扣掣子斷面形成球面狀態(tài)(有較明顯間隙)，當(dāng)合閘后分閘掣子與滾子接觸時，在分閘掣子的徑向方向存在鎖緊力的一個分量，形成分閘掣子逆時針脫扣的力矩，加之分閘彈簧機構(gòu)的震動及其本身所帶有的分散性，導(dǎo)致在合閘瞬間分閘脫扣掣子與滾子之間力的平衡不穩(wěn)定產(chǎn)生了拒合現(xiàn)象。

3 故障處理

此次斷路器拒合故障雖然是個例，但是不排除同一批次設(shè)備也存在同樣的問題，為保證GIS設(shè)備的可靠運行，在處理故障斷路器問題時，非故障斷路器也需要重點檢查，具體處理方法如下：

(1)更換故障相分閘掣子，更換后斷路器進(jìn)行分合閘操作30次，不應(yīng)有拒合現(xiàn)象。

(2)結(jié)合GIS停電對所有的SF6斷路器操作機構(gòu)進(jìn)行檢查，用檢驗合格的分閘掣子更換操作機構(gòu)原裝掣子，更換后斷路器進(jìn)行分合閘操作30次，不應(yīng)有拒合現(xiàn)象。

(3)檢查過程中發(fā)現(xiàn)，不論分閘掣子尺寸是否滿足要求，掣子頂部都會存在不同程度的磨損，只是尺寸超差的掣子頂部磨損較為嚴(yán)重，為確認(rèn)分閘掣子本身材質(zhì)是否問題，對故障分閘掣子的材質(zhì)及硬度進(jìn)行測試，測試結(jié)果滿足設(shè)計要求。為避免分閘掣子磨損再次出現(xiàn)斷路器拒合，將分閘掣子檢查作為定期檢修必檢項目。

(4)為滿足應(yīng)急消缺，為每組斷路器準(zhǔn)備一套檢驗合格的分閘掣子。

4 結(jié) 論

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，彈簧操作機構(gòu)高壓斷路器得到了廣泛應(yīng)用，斷路器拒合現(xiàn)象也時有發(fā)生，但是操作機構(gòu)內(nèi)部部件配合問題導(dǎo)致的斷路器拒合故障卻比較少見，本文通過對斷路器操作機構(gòu)動作原理和內(nèi)部元件深入分析，找到了導(dǎo)致彈簧操作機構(gòu)SF6斷路器拒合的根本原因并提出了解決辦法，可為同類型設(shè)備故障檢修提供參考。

[1] 王仲攀,馬維棟. SF6斷路器彈簧操動機構(gòu)故障分析及處理方法[J].科技信息,2010,(17):355-356.

[2] 潘曉杰. 彈簧操動型SF6斷路器的故障分析與處理[J]. 科技信息,2010,(29):741+724.

[3] ZFW20-252(L)/T3150-50型氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備用斷路器及彈簧操動機構(gòu)安裝使用說明書[Z]. 新東北電氣(沈陽)高壓開關(guān)有限公司.

蔣宜杰(1985- )，男，甘肅蘭州人，華北電力大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)，工程師，從事水電站電氣一次設(shè)備檢修、維護(hù)；

王 賀(1987- )，男，吉林四平人，東北電力大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)，工程師，從事水電站電氣一次設(shè)備檢修、維護(hù).

(責(zé)任編輯：卓政昌)

2017- 07- 25

TM561；TM762.2；U472.42

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1001- 2184(2017)04- 0113- 03