斷路器彈簧操作機構(gòu)故障原因分析及解決策略

匡子靚

（國網(wǎng)大同市口泉供電公司，山西 大同 037008）

斷路器在系統(tǒng)中起接通和切斷電路的作用，由于操作頻繁，因此經(jīng)常出現(xiàn)一些故障。彈簧操作機構(gòu)故障是造成斷路器故障的主要因素，因此，降低彈簧操作機構(gòu)故障率可提高斷路器運行可靠性，縮短線路停電時間。

1 彈簧操作機構(gòu)故障原因分析

為了確認造成彈簧操作機構(gòu)故障的主要原因，對發(fā)生過此類故障的斷路器進行機械特性試驗和機構(gòu)分解檢查。經(jīng)查，此類故障集中發(fā)生在ZN12-10/630型號的戶內(nèi)高壓斷路器上。將故障原因按性質(zhì)分為5大類11個因素，并進行逐個分析，分析方法及操作過程如下。

1.1 操作機構(gòu)延時分閘

分閘線圈電磁力小、傳動部件摩擦力大、鐵芯空程不夠都可能造成斷路器操作機構(gòu)延時分閘。各因素的測試標準為：分閘線圈電磁力應(yīng)保證分閘迅速、無延遲，分閘聲清脆；傳動軸銷潤滑良好，活動靈活；分閘鐵芯運行空程符合（20±3）mm，且運動靈活，與銅套之間無卡澀。

在分閘時間試驗中，加入80%的額定電壓，出現(xiàn)延時動作的次數(shù)約占總試驗次數(shù)的20%.典型試驗波形如圖1所示。

從圖1中可以看出，斷路器的實際分閘時間為3.1 s左右，明顯超出標準值65 ms。

在試驗中發(fā)現(xiàn)，分閘線圈動鐵芯雖動作，但不能立即撞開脫扣件進行“清脆分閘”，而是動鐵芯吸附一段時間后才解脫分閘半軸進行分閘。由此確認，分閘線圈電磁力小是要因。試驗中，實測分閘鐵芯運行空程全部符合標準（20±3）mm，且鐵芯運動靈活，與銅套之間無卡澀，因此鐵芯空程小為非要因。表1為鐵芯空程測試數(shù)據(jù)。機構(gòu)解體檢查中發(fā)現(xiàn)，整個分閘過程，分閘彈簧從作用于主軸至傳動到開關(guān)導(dǎo)電桿共需經(jīng)過5個軸銷傳動，經(jīng)檢查，各軸銷潤滑良好，活動靈活，因此傳動部件摩擦力大為非要因。

圖1 斷路器延時分閘波形圖

表1 鐵芯空程測試數(shù)據(jù)

1.2 合閘過程中脫扣

扇形板與分閘半軸扣接面不夠，將造成合閘過程中脫扣，不能合閘。對故障率高的4臺35 kV斷路器進行檢查，發(fā)現(xiàn)這些彈簧機構(gòu)扇形板與半軸扣接面不夠，扣接量小于2 mm。而工藝標準值為2～4 mm，由此確認，扇形板與半軸扣接面不夠是要因。表2為扇形板與半軸扣接量測量數(shù)據(jù)。

1.3 合閘線圈燒損

合閘回路未接入彈簧連鎖接點、中間繼電器接點黏結(jié)、操作電壓不合格都可能造成合閘線圈燒損。

現(xiàn)場檢查合閘回路接入彈簧連鎖接點，彈簧未儲能時接點應(yīng)可靠閉鎖合閘回路，因此合閘回路未接入彈簧連鎖接點為非要因。通過分析中間繼電器接點黏結(jié)故障次數(shù)，發(fā)現(xiàn)中間繼電器接點粘連引起合閘線圈燒壞共8次，占操作機構(gòu)故障數(shù)的57%，因此中間繼電器接點黏結(jié)為要因。

現(xiàn)場測量操作電壓值，結(jié)果如表3所示。各斷路器操作電壓均在80%～110%額定電壓范圍內(nèi)，因此操作電壓不合格為非要因。

表2 扇形板與半軸扣接量測量數(shù)據(jù)

表3 斷路器操作電壓測試數(shù)據(jù)

1.4 操作機構(gòu)箱凝露

溫度控制器動作不可靠、電熱管質(zhì)量不合格都可能造成操作機構(gòu)箱凝露。分析斷路器冬季溫控器動作記錄及機構(gòu)箱內(nèi)各部件凝露情況，發(fā)現(xiàn)室外斷路器機構(gòu)箱溫控器正確動作的臺數(shù)為24臺，不正確動作的臺數(shù)為10臺，正確率僅為29%.溫度控制器不能自動動作，冬季溫度低時會導(dǎo)致機構(gòu)箱內(nèi)部件凝露，動作受阻；溫度高時又會導(dǎo)致機構(gòu)箱內(nèi)軸承及轉(zhuǎn)動軸潤滑脂受熱熔化流失，摩擦阻力增大，且可能由于機構(gòu)箱內(nèi)溫度過高危及運行安全。對2017年冬季斷路器機構(gòu)箱凝露情況進行統(tǒng)計，如表4所示。由此可見，溫度控制器動作不可靠為要因。

表4 溫度控制器動作情況

表5 電熱管質(zhì)量檢查數(shù)據(jù)

現(xiàn)場對電熱管進行導(dǎo)通測試。經(jīng)測試，各斷路器電熱管完好，工作正常。同時，分析2017年電熱管損壞情況記錄，可見電熱管的損壞率較低，可以滿足運行要求，因此電熱管質(zhì)量不合格為非要因。表5為電熱管質(zhì)量檢查數(shù)據(jù)。

1.5 斷路器檢修質(zhì)量差

檢修人員數(shù)量、技術(shù)水平都會影響斷路器檢修質(zhì)量。目前，口泉供電公司檢修專業(yè)定員人數(shù)為6人，滿足定員要求。對修試班工作人員的技能資格進行調(diào)查，有83%的檢修人員為高級工及以下職稱，技能水平明顯不足。對現(xiàn)場作業(yè)人員進行彈簧機構(gòu)檢修工藝考問，發(fā)現(xiàn)部分人員存在概念理解不清、操作要求不明確的現(xiàn)象。由此可見，人員技術(shù)水平不足為要因。

通過以上試驗，并結(jié)合分析論證，得出5條要因：分閘線圈電磁力小、扇形板與半軸扣接面不夠、中間繼電器接點黏結(jié)、溫度控制器動作不可靠、檢修人員技術(shù)水平低。

2 降低彈簧操作機構(gòu)故障率的措施

2.1 更換分閘線圈

對問題斷路器進行更換分閘線圈工作。更換后的分閘線圈參數(shù)為直流220 V、電阻98 Ω、電流2.3 A，從而提高了分閘功率，增加了鐵芯沖擊力。同時，保證分閘線圈更換前后的絕緣電阻大于500 MΩ，鐵芯鈾套間無卡澀。

更換分閘線圈后，對斷路器進行了分合閘時間、分合閘電壓試驗。在多次試驗中，斷路器分閘時間滿足小于65 ms的要求，未出現(xiàn)慢分及拒分現(xiàn)象。斷路器分閘線圈電磁力小、延時分閘問題得到解決。

2.2 調(diào)整扇形板與半軸扣接面

按照工藝要求，扣接面應(yīng)在2～4 mm范圍內(nèi)。對新榮變電站3243、3241、3244斷路器和甘莊站307斷路器操作機構(gòu)進行調(diào)整，并進行現(xiàn)場分合閘試驗。以上4臺斷路器的試驗結(jié)果如表6所示。

表6 斷路器分合閘試驗情況

2.3 改變合閘回路彈簧未儲能閉鎖回路設(shè)計

中間繼電器ZJ在原設(shè)計中起著合閘回路閉鎖、啟動儲能電機、綜自遙信輸入等作用，設(shè)計復(fù)雜且與合閘回路配合存在很多缺陷。

通過改造，中間繼電器ZJ只發(fā)揮綜自遙信輸入功能，啟動儲能電機及合閘回路閉鎖用彈簧接點來實現(xiàn)。

改造后的電路從電氣原理上避免了燒壞中間繼電器、造成接點粘連的可能。經(jīng)過現(xiàn)場傳動試驗，完全滿足合閘閉鎖、儲能電機動作等要求。要因“中間繼電器接點黏結(jié)”得到解決。圖2和圖3分別為改造前、后原理圖。

2.4 更換溫度控制器為自動凝露控制器

溫度控制器動作不可靠，需更換為更加靈敏的自動凝露控制器。經(jīng)查，原溫度控制器參數(shù)為：接通溫度-10℃，關(guān)斷溫度5℃，工作環(huán)境溫度要求-20～20℃。大同地區(qū)年極端最高氣溫一般在30～35℃，年極端最低氣溫一般在-23～-14℃，超出了控制器對工作環(huán)境溫度的要求，易導(dǎo)致溫度控制器動作不可靠。

經(jīng)多次比較，決定選擇KWN-1A（TH）型凝露控制器，其參數(shù)為：接通溫度-10℃，關(guān)斷溫度0℃，工作環(huán)境溫度-30～50℃，能夠滿足機構(gòu)箱內(nèi)溫度要求?，F(xiàn)場更換溫度控制器并密封機構(gòu)箱箱體，更換后凝露控制器自動投切正確，機構(gòu)箱內(nèi)沒有發(fā)生凝露。要因“溫度控制器動作不可靠”得到解決。

2.5 提高檢修人員技能

采用多種方式提高檢修人員技能。每周進行一次生產(chǎn)人員考問，每月進行進行一次技術(shù)問答，強化人員對標準操作工藝的記憶。結(jié)合現(xiàn)場工作進行故障排查練習，通過對操作機構(gòu)進行解體拆裝練習，增強檢修技能。同時，聘請專家技師對檢修人員進行培訓(xùn)講課，強化人員的理論知識。通過強化培訓(xùn)，檢修人員的檢修技能得到了顯著提高。

3 實施效果

實行以上措施后，斷路器發(fā)生彈簧操作機構(gòu)故障次數(shù)僅為1次，同比下降了13次，成功地解決了操作機構(gòu)故障率高的問題。通過上述辦法，斷路器故障率明顯下降，減少了線路停電時間，降低了用戶因停電造成的損失，提高了供電可靠性。

圖2 改造前原理圖

圖3 改造后原理圖