BLK222型彈簧機構(gòu)故障分析及研究

熊勝源，邱 偈，劉 濤

（國網(wǎng)福建省電力有限公司檢修分公司，福建 福州 361000）

BLK222型彈簧機構(gòu)故障分析及研究

熊勝源，邱 偈，劉 濤

（國網(wǎng)福建省電力有限公司檢修分公司，福建 福州 361000）

敘述了BLK機構(gòu)的工作原理，重點分析了卷簧盒子的常見故障、合閘無法保持現(xiàn)象及二次元器件中儲能微動開關(guān)與輔助開關(guān)的缺陷，并提出了這些問題的處理方法，建議平時加強維護，針對該機構(gòu)出現(xiàn)的故障進行了簡要的分析后，總結(jié)了該機構(gòu)的檢修維護的經(jīng)驗。

斷路器；BLK彈簧機構(gòu)；合閘

0 引言

作為執(zhí)行保護與控制的主要設(shè)備，斷路器在高壓輸變電中肩負(fù)著電網(wǎng)運行安全的重要任務(wù)，其誤動、拒動、分合不到位，均會引起重大的電網(wǎng)及人身設(shè)備事故。作為斷路器的重要部件操作機構(gòu)，在中電聯(lián)可靠性管理中心與國際大電網(wǎng)會議（CIGER） 近年來的統(tǒng)計結(jié)果，操動機構(gòu)導(dǎo)致是高壓斷路器故障的最主要的原因。

目前ABB公司的BLK222機構(gòu)在220 kV尤其是500 kV變電站中占有很大的比例。ABB該BLK222機構(gòu)發(fā)生故障概率比較大，在其他省網(wǎng)公司及國網(wǎng)公司的通報文件中均有對于LTB145、LTB245E1開關(guān)的事故通報，這兩種開關(guān)均采用BLK222機構(gòu)。

為此，針對BLK222型彈簧機構(gòu)常見故障進行總結(jié)歸納，對以后缺陷的處理和平時的維護有重要作用。

1 ABB開關(guān)BLK機構(gòu)工作原理

BLK機構(gòu)實際可以簡化為一種曲柄搖桿機構(gòu)，類似于家用的縫紉機傳動原理，利用偏心輪的慣性帶動使機構(gòu)循環(huán)操動。機構(gòu)能量的存儲和傳動都是通過1根主軸來實現(xiàn)，其合閘彈簧位于電機儲能的彈簧操作機構(gòu)內(nèi)。合閘彈簧是鐘表式卷簧，并經(jīng)渦輪驅(qū)動器由通用電機進行儲能。合閘能量在合閘脫扣器釋放完由驅(qū)動拐臂分別傳導(dǎo)給開關(guān)的提升桿進行合閘，另一部分傳導(dǎo)給分閘彈簧，完成對分閘彈簧的儲能。而斷路器合閘位置的保持由分閘脫扣器來執(zhí)行[1]。

2 卷簧盒子故障

BLK222機構(gòu)卷簧的儲能類似于機械表的儲能，安裝在特定的卷簧盒子內(nèi)，其兩端分別勾住主軸和卷簧盒子，在儲能的過程中，卷簧盒子由儲能電機帶動轉(zhuǎn)動，主軸不動。儲能到位后，進行合閘，卷簧盒子不動，力量由主軸輸出。其外觀如圖1。

2.1 合閘卷簧斷裂

合閘卷簧斷裂一般發(fā)生在重合閘以及年檢的開關(guān)傳動試驗過程中，卷簧是在開關(guān)合閘彈簧儲能階段斷裂。需要注意的是，該儲能限位開關(guān)在“儲能滿”與“未儲能”切換過程中有一段的滑動平臺，所以無閉鎖合閘、儲能不到位的信號，故該種故障可能后臺無異常信號。而卷簧斷裂導(dǎo)致開關(guān)能量不足支持重合閘，但在此時開關(guān)儲能限位開關(guān)仍處于卷簧儲能位置，合閘回路未被閉鎖；因此重合閘脈沖發(fā)出后，操作箱上合閘自保持回路長時間通電導(dǎo)致合閘線圈燒毀。重合閘時卷簧雖斷裂但仍有一定能量，所以帶動合閘臂轉(zhuǎn)動一定角度，釋放了能量使機械指示變?yōu)椤拔磧δ堋蔽恢?，同時現(xiàn)場分合閘指示牌偏移；而限位開關(guān)仍處于“儲能滿”位置，故后臺未發(fā)“未儲能”及“電機運轉(zhuǎn)”信號，也未閉鎖重合閘回路[2]。

引起合閘彈簧斷裂往往是設(shè)備的機械零件的材質(zhì)、加工流程和工藝，以及零部件的裝配各個原因，在多次高強度的運動后，只要是在可控的數(shù)值范圍內(nèi)，存在一定的磨損和撞擊是必然的，否則會引起很嚴(yán)重的后果。而金屬內(nèi)部分子的不均勻結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致金屬疲勞的產(chǎn)生，這種疲勞可以理解為金屬內(nèi)部機械應(yīng)力傳導(dǎo)的不平衡造成的，在應(yīng)力集中的部位，當(dāng)金屬無法承受該應(yīng)力，將導(dǎo)致零部件斷裂，在持續(xù)了作用力下，這是一個長期的過程。

圖1 卷簧盒子內(nèi)部圖

2.2 卷簧襯墊發(fā)生位移

卷簧襯墊發(fā)生位移導(dǎo)致儲能不到位，儲能電機空開跳開，卷簧斷裂。卷簧的襯墊是圍著卷簧一圈一圈的繞制的，其主要作用是為了使得彈簧的各個部分均勻受力。襯墊如果發(fā)生位移，會導(dǎo)致儲能卷簧無法產(chǎn)生形變甚至?xí)沟镁砘蓴嗔训那闆r[3]。

a)當(dāng)襯墊發(fā)生位移時，會隨著卷簧的縮緊，其逐漸向卷簧內(nèi)部移動，使得最終卷簧無法產(chǎn)生形變，由于儲能回路的通斷是由卷簧盒子上的凸點切斷儲能限位微動開關(guān)來實現(xiàn)，電機儲能完畢后，信號正常，但實際合閘卷簧無法提供足夠的能量使斷路器合閘，輔助開關(guān)也無法切換，導(dǎo)致合閘命令長時間保持，最終燒毀合閘線圈。

b)襯墊發(fā)生位移，還有可能導(dǎo)致卷簧斷裂。由于電機儲能的通斷是由卷簧盒的機械位移角度控制，襯墊偏移位置后有可能積壓在一起擠壓卷簧，使得外圈卷簧承受電機產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力，于是卷簧被過度壓縮而斷裂。同樣該情況也將導(dǎo)致合閘不成功，合閘線圈燒毀。

該現(xiàn)象的臨時處理辦法是將多余的白色襯墊剪切除，使得襯墊不再影響卷簧的儲能，最終需將開關(guān)返廠調(diào)整大修。該情況是由于出廠安裝調(diào)整不到位導(dǎo)致的，在同時期、同批次的產(chǎn)品中出現(xiàn)的頻率較高，如有發(fā)現(xiàn)該情況，需注意對其他同批次產(chǎn)品進行排查，避免發(fā)生同樣的故障。

3 合閘保持不住

合閘保持不住，主要是因為合閘能量過大以及分閘拐臂齒合面的磨損這兩個原因。

3.1 合閘能量過大

合閘能量過大，會使得速度也偏大，導(dǎo)致機構(gòu)無法保持合閘，該情況也發(fā)生了多起。由于合閘作用力過大會造成合閘拐臂和與水平傳動拉桿發(fā)生碰撞后反彈，合閘摯子無法復(fù)位，從而合閘不成功，這種現(xiàn)象會導(dǎo)致重合閘不成功，甚至?xí)捎跊_擊力太大，導(dǎo)致其他一些零部件如輔助開關(guān)超行程而損壞等。該情況如果發(fā)生在送電與重合閘的情況下，由于合閘速度過大，合閘保持不住，使得開關(guān)處于半分半合的狀態(tài)的話，將導(dǎo)致內(nèi)部電弧無法熄滅，形成拉弧，熱量集聚將導(dǎo)致開關(guān)爆炸的情況[4]。

該現(xiàn)象的處理辦法是分合閘速度在合格范圍內(nèi)，降低合閘速度，提高分閘速度，來達到減少合閘作用力的目的。而提高分閘速度可以降低合閘速度是由這種機構(gòu)的原理來決定的。

BLK222機構(gòu)能量的傳遞圖見圖2。在合閘彈簧儲能相對恒定情況下，即卷簧的儲能恒定，其能量一部分給斷路器合閘提供能量，另外一部分用于分閘彈簧儲能，還有一小部分由分閘緩沖器吸收（該能量可以近似為恒定）。從該平衡關(guān)系可以推導(dǎo)，調(diào)整分閘彈簧，使得分閘速度增大，另外一部分用于斷路器合閘的能量將減少，導(dǎo)致合閘速度降低。

圖2 斷路器能量傳遞示意圖

3.2 分閘拐臂齒合面的磨損

合閘保持不住即合后即分，還有可能是分閘拐臂齒合面的磨損。由BLK222動作原理可知，在斷路器合閘時，合閘摯子在銜鐵的撞擊下，脫扣器釋放，合閘拐臂帶動分閘拐臂逆時針旋轉(zhuǎn)，在行程末端，分閘拐臂由分閘摯子保持住，同時也制動了合閘拐臂，將斷路器保持在合閘位置。再有，由于分合閘拐臂均為偏心結(jié)構(gòu)設(shè)計，而在該機構(gòu)的設(shè)計為曲柄搖桿機構(gòu)，類似于縫紉機，利用偏心輪的慣性作用使得機構(gòu)按照原來的轉(zhuǎn)向通過死點[5]。

根據(jù)以上機構(gòu)合閘過程的具體分析，即合閘時，合閘拐臂帶動分閘拐臂逆時針轉(zhuǎn)動，如果分閘拐臂由于質(zhì)量問題，其齒合面有磨損，導(dǎo)致分閘拐臂無法由分閘摯子保持，即在合閘終了時，機構(gòu)分閘。

對于該情況的檢查是將拐臂拆下，根據(jù)設(shè)計圖紙核對其尺寸，如果有偏差，將其更換。

4 二次元器件的損壞

二次元器件在BLK機構(gòu)中主要有時間繼電器、分合閘線圈、儲能限位開關(guān)、切換把手、防跳繼電器等，由二次元器件損壞或者誤碰繼電器引起的故障也占很大一部分比例，下面著重對與操動機構(gòu)直接相連的儲能開關(guān)以及輔助開關(guān)損壞進行分析。

4.1 儲能開關(guān)的損壞

儲能限位開關(guān)作為機構(gòu)的二次元器件，其底座固定在機構(gòu)本體上，需承受彈簧機構(gòu)的強烈震動，所以其接線端子和固定螺栓易松動。彈簧儲能限位開關(guān)松動可能導(dǎo)致儲能到位后，無法切斷儲能電源，使得卷簧儲能到位后繼續(xù)壓縮，導(dǎo)致卷簧過儲能后儲能空開保護跳開。需要注意的是，因為該儲能指示為往復(fù)式設(shè)計，過儲能后后臺顯示仍為未儲能。針對儲能微動開關(guān)，平時維護時需重點檢查，對有松動的需緊固，并涂抹防松膠水。

4.2 輔助開關(guān)的損壞

BLK222機構(gòu)輔助開關(guān)是通過連接桿與主拐臂連接，主拐臂每動作1次，輔助開關(guān)相應(yīng)的進行切換1次。由于主拐臂帶動拉桿的多次沖擊和震動后疲勞變形或斷裂，使得輔助開關(guān)無法正常切換。對于2005年以前生產(chǎn)的BLK222機構(gòu)的分閘拐臂輔助連桿銷都是用彈簧卡往往因為連接銷處沖擊力大和動作速度快導(dǎo)致圈易脫落，這在平時檢修的過程中需要尤其檢查和注意。在2005年后的產(chǎn)品，ABB廠家已經(jīng)采用了鉚接的方式，避免了此情況的發(fā)生。

二次元器件的其他缺陷：如由于防跳繼電器未加防護罩，會導(dǎo)致誤碰，致使開關(guān)誤跳且由于非全相繼電器動作功率過低，繼而開關(guān)抗干擾性弱，最終開關(guān)誤動作；分合閘線圈不滿足動作電壓，會發(fā)生偷跳的情況；輔助開關(guān)損壞，無法切換或者輔助觸點損壞導(dǎo)致整個開關(guān)性能不佳；遠方就地切換把手腐蝕經(jīng)常會導(dǎo)致控制回路斷線等。由二次回路引起的故障，往往現(xiàn)象很多，需要針對這些故障均需按照二次接線圖進行分析查找，也比較容易發(fā)現(xiàn)和處理。

5 分析總結(jié)

BLK222開關(guān)機構(gòu)整體上來講，性能較佳，維護工作量小，除了以上重點分析的故障及處理，在相關(guān)文獻與自己的工作中還有遇到以下情況。如：ABB LTB145合閘拐臂有裂紋甚至斷裂，以及LTB245E1合閘擋塊厚度3 mm，這兩個問題在一些省份當(dāng)做設(shè)備的家族缺陷（這些開關(guān)均采用BLK222機構(gòu)）；驅(qū)動拐臂斷裂，導(dǎo)致無法合閘；合閘拐臂有裂紋甚至斷裂、合閘擋塊發(fā)生斷裂、偏心導(dǎo)向臂有磨損；分合閘脫扣器鎖桿與銜鐵的間隙要求為1.0 mm，間隙過大或過小都會導(dǎo)致分合閘不滿足要求、分合閘線圈燒毀等情況；分閘緩沖器存在滲油，會導(dǎo)致機構(gòu)分閘末端能量無法被吸收，甚至?xí)斐山^緣拉桿在分閘末端撞擊滅弧室，使得滅弧室漏氣等事故[6]。

針對以上分析的電氣故障、機械故障以及由機械故障引起的電氣故障，平時在維護的過程中需要注意以下幾點。改變“免維護的思想”，雖然對于彈簧機構(gòu)許多廠家聲稱免維護，但實際中從缺陷的發(fā)生的情況來看，應(yīng)加強平時的小修與排查情況。對該彈簧機構(gòu)在例行檢修時，除了進行分合閘時間的測試，由于分合時間只能反映斷路器整體的運動情況，所以還需采用能夠真實反映整個機構(gòu)性能的專用的SA100型速度測試儀，并需要對測試結(jié)果與上一次的數(shù)據(jù)認(rèn)真分析對比。對數(shù)據(jù)變化較大的需引起重視，并跟蹤找出原因，做好預(yù)防措施。需著重對機構(gòu)箱運行環(huán)境進行維護，機構(gòu)箱的濕度溫度對二次元器件的老化、受潮有直接影響。

[1]朱棟.BLK222型彈簧機構(gòu)拒動原因分析 [J].寧夏電力,2009（07）：100-103.

[2]孫兵.LTB245E1型斷路器BLK222型彈簧機構(gòu)的故障分析和預(yù)防[J].價值工程,2013（01）：68-70.

[3]劉思奎,任澤民．LTB245E1型 SF6斷路器操作機構(gòu)故障實例分析[J]．四川水利發(fā)電，2010（10）：203-205．

[4]張達，任慶帥，肖英偉．?dāng)嗦菲鞑僮鳈C構(gòu)故障處理及防范措施[J]．山東電力技術(shù)，2015，42（9）：74-75．

[5]方可行.斷路器的彈簧操動機構(gòu)及其應(yīng)用[J].高壓電器，2003，39（6）：76-77．

[6]崔景春，袁大陸，杜彥明．SF6斷路器操動機構(gòu)的運行可靠性和選型探討[J]．高壓電器，2001，37（2）：1-4．

Fault Analysis and Research on BLK222 Spring Mechanism

XIONG Shengyuan,QIU Jie,LIU Tao
（State Grid Maintenance Branch Company of Fujian Electric Power Corporation,Fuzhou,Fujian 361000,China）

Initially the working principle of BLK mechanism is introduced,and then some issues are mainly analyzed,including common faults of roll-up spring box,switch-on state not being able to be maintained,and micro-switch and auxiliary switch defects of secondary components.Furthermore,treatment for these problems and maintenance proposals are put forward.In view of the faults occurred,analysis is carried out and experiences for maintenance are summed up.

circuit breaker;BLKspringmechanism;switch-on

TM561

B

1671-0320（2017）05-0051-04

2017-05-02，

2017-07-25

熊勝源（1987），男，湖南雙峰人，2013年畢業(yè)于武漢大學(xué)電力系統(tǒng)與自動化專業(yè)，碩士，工程師，從事變電檢修工作；邱 偈（1983），男，福建三明人，2006年畢業(yè)于泉州電力學(xué)校電力系統(tǒng)與自動化專業(yè)，工程師，從事變電檢修工作；劉 濤（1987），男，福建龍巖人，2009年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)與自動化，工程師，從事變電檢修工