斷路器彈簧操作機(jī)構(gòu)故障原因分析及解決策略

倪莎

【摘 要】斷路器俗稱“開(kāi)關(guān)”，主要作用是切斷和接通正常情況下高壓電路中的空載電流和負(fù)荷電流，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)與保護(hù)裝置及自動(dòng)裝置相配合，迅速切斷故障電流，防止事故擴(kuò)大，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。斷路器操作機(jī)構(gòu)是斷路器進(jìn)行分合閘操作的重要組成部分，彈簧操作機(jī)構(gòu)由于操作能量小、分合閘速度快、機(jī)械壽命長(zhǎng)，但由于其機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、人員運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)不足，會(huì)發(fā)生一些故障影響安全運(yùn)行。主要探討降低斷路器彈簧操作機(jī)構(gòu)故障率的方法。

【關(guān)鍵詞】斷路器；彈簧操作；故障原因；對(duì)策；分析

1導(dǎo)言

高壓SF6斷路器系三相交流50Hz戶外高壓電器設(shè)備，主要用于輸變電線路的控制和保護(hù)，也可作為聯(lián)絡(luò)型斷路器使用。某220kV變電站的110kV高壓系統(tǒng)均采用了該類型的斷路器，但隨著投運(yùn)年限的不斷增加，二次回路中的不完善部分逐漸暴露出來(lái)，特別是儲(chǔ)能回路引起合閘線圈燒毀的故障頻發(fā)。為此，針對(duì)變電站110kV高壓SF6斷路器彈簧操作機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能打壓超時(shí)問(wèn)題，以LW25-126kV SF6斷路器為例，分析其控制回路及電機(jī)儲(chǔ)能回路存在的問(wèn)題。

2故障模式

自2012年3月26日起，巡檢人員發(fā)現(xiàn)#6出口斷路器儲(chǔ)能電機(jī)頻繁打壓，正常情況下儲(chǔ)能電機(jī)的動(dòng)作次數(shù)為斷路器操作次數(shù)的兩倍，但儲(chǔ)能電機(jī)實(shí)際動(dòng)作次數(shù)遠(yuǎn)大于斷路器操作次數(shù)的2倍。2013年3月檢修過(guò)程中，打開(kāi)斷路器操作機(jī)構(gòu)外殼后，并未發(fā)現(xiàn)低壓油泄露。由此判斷故障為高壓油腔向低壓油腔發(fā)生泄露。斷路器在分閘狀態(tài)下，平均每天儲(chǔ)能達(dá)到60次，斷路器在合閘狀態(tài)下，未見(jiàn)異常儲(chǔ)能現(xiàn)象。初步判斷泄露點(diǎn)可能為合閘線圈。2013年3月16日，對(duì)合閘線圈進(jìn)行了更換，更換后恢復(fù)正常。自2013年10月27日起，#6出口斷路器儲(chǔ)能電動(dòng)機(jī)又出現(xiàn)頻繁打壓的現(xiàn)象，平均每天10多次，然后2014年1月1日開(kāi)始又恢復(fù)正常。2014年8月17日再次出現(xiàn)頻繁打壓現(xiàn)象，平均每天10至40多次不等。

3原因分析

分閘線圈電磁力小、傳動(dòng)部件摩擦力大、鐵芯空程不夠都可能造成斷路器操作機(jī)構(gòu)延時(shí)分閘。各因素的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為：分閘線圈電磁力應(yīng)保證分閘迅速、無(wú)延遲，分閘聲清脆；傳動(dòng)軸銷潤(rùn)滑良好，活動(dòng)靈活；分閘鐵芯運(yùn)行空程符合（20±3）mm，且運(yùn)動(dòng)靈活，與銅套之間無(wú)卡澀。在分閘時(shí)間試驗(yàn)中，加入80%的額定電壓，出現(xiàn)延時(shí)動(dòng)作的次數(shù)約占總試驗(yàn)次數(shù)的20%.斷路器的實(shí)際分閘時(shí)間為3.1s左右，明顯超出標(biāo)準(zhǔn)值65 ms。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，分閘線圈動(dòng)鐵芯雖動(dòng)作，但不能立即撞開(kāi)脫扣件進(jìn)行“清脆分閘”，而是動(dòng)鐵芯吸附一段時(shí)間后才解脫分閘半軸進(jìn)行分閘。由此確認(rèn)，分閘線圈電磁力小是要因。試驗(yàn)中，實(shí)測(cè)分閘鐵芯運(yùn)行空程全部符合標(biāo)準(zhǔn)（20±3）mm，且鐵芯運(yùn)動(dòng)靈活，與銅套之間無(wú)卡澀，因此鐵芯空程小為非要因。機(jī)構(gòu)解體檢查中發(fā)現(xiàn)，整個(gè)分閘過(guò)程，分閘彈簧從作用于主軸至傳動(dòng)到開(kāi)關(guān)導(dǎo)電桿共需經(jīng)過(guò)5個(gè)軸銷傳動(dòng)，經(jīng)檢查，各軸銷潤(rùn)滑良好，活動(dòng)靈活，因此傳動(dòng)部件摩擦力大為非要因。

另外檢修人員數(shù)量、技術(shù)水平都會(huì)影響斷路器檢修質(zhì)量。目前，有 83%的檢修人員為高級(jí)工及以下職稱，技能水平明顯不足。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員進(jìn)行彈簧機(jī)構(gòu)檢修工藝考問(wèn)，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(jiàn)，人員技術(shù)水平不足為要因。

4降低彈簧操作機(jī)構(gòu)故障率的措施

4.1更換分閘線圈

對(duì)問(wèn)題斷路器進(jìn)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98Ω、電流2.3 A，從而提高了分閘功率，增加了鐵芯沖擊力。同時(shí)，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(wú)卡澀。更換分閘線圈后，對(duì)斷路器進(jìn)行了分合閘時(shí)間、分合閘電壓試驗(yàn)。在多次試驗(yàn)中，斷路器分閘時(shí)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(shí)分閘問(wèn)題得到解決。

4.2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(duì)新榮變電站3243、3241、3244斷路器和甘莊站307斷路器操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分合閘試驗(yàn)。

4.3改變合閘回路彈簧未儲(chǔ)能閉鎖回路設(shè)計(jì)

中間繼電器ZJ在原設(shè)計(jì)中起著合閘回路閉鎖、啟動(dòng)儲(chǔ)能電機(jī)、綜自遙信輸入等作用，設(shè)計(jì)復(fù)雜且與合閘回路配合存在很多缺陷。通過(guò)改造，中間繼電器ZJ只發(fā)揮綜自遙信輸入功能，啟動(dòng)儲(chǔ)能電機(jī)及合閘回路閉鎖用彈簧接點(diǎn)來(lái)實(shí)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(diǎn)粘連的可能。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)傳動(dòng)試驗(yàn)，完全滿足合閘閉鎖、儲(chǔ)能電機(jī)動(dòng)作等要求。要因“中間繼電器接點(diǎn)黏結(jié)”得到解決。

4.4更換溫度控制器為自動(dòng)凝露控制器

溫度控制器動(dòng)作不可靠，需更換為更加靈敏的自動(dòng)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(duì)工作環(huán)境溫度的要求，易導(dǎo)致溫度控制器動(dòng)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(jī)構(gòu)箱內(nèi)溫度要求。現(xiàn)場(chǎng)更換溫度控制器并密封機(jī)構(gòu)箱箱體，更換后凝露控制器自動(dòng)投切正確，機(jī)構(gòu)箱內(nèi)沒(méi)有發(fā)生凝露。要因“溫度控制器動(dòng)作不可靠”得到解決。

4.5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(jìn)行一次生產(chǎn)人員考問(wèn)，每月進(jìn)行進(jìn)行一次技術(shù)問(wèn)答，強(qiáng)化人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)操作工藝的記憶。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作進(jìn)行故障排查練習(xí)，通過(guò)對(duì)操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行解體拆裝練習(xí)，增強(qiáng)檢修技能。同時(shí)，聘請(qǐng)專家技師對(duì)檢修人員進(jìn)行培訓(xùn)講課，強(qiáng)化人員的理論知識(shí)。通過(guò)強(qiáng)化培訓(xùn)，檢修人員的檢修技能得到了顯著提高。另外檢修人員應(yīng)該對(duì)彈簧儲(chǔ)能限位開(kāi)關(guān)的固定螺栓添加定位膠，確保其不會(huì)因振動(dòng)造成松動(dòng)，導(dǎo)致限位開(kāi)關(guān)移位。停電檢修時(shí)，要對(duì)此型號(hào)斷路器操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行全面檢查，避免由于限位開(kāi)關(guān)固定螺栓松動(dòng)造成的斷路器故障。

5實(shí)施效果

實(shí)行以上措施后，斷路器發(fā)生彈簧操作機(jī)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(jī)構(gòu)故障率高的問(wèn)題。通過(guò)上述辦法，斷路器故障率明顯下降，減少了線路停電時(shí)間，降低了用戶因停電造成的損失，提高了供電可靠性。

6結(jié)論

斷路器俗稱“開(kāi)關(guān)”，主要作用是切斷和接通正常情況下高壓電路中的空載電流和負(fù)荷電流，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)與保護(hù)裝置及自動(dòng)裝置相配合，迅速切斷故障電流，防止事故擴(kuò)大，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。斷路器操作機(jī)構(gòu)是斷路器進(jìn)行分合閘操作的重要組成部分，彈簧操作機(jī)構(gòu)由于操作能量小、分合閘速度快、機(jī)械壽命長(zhǎng)而在真空斷路器和SF6斷路器中得到廣泛應(yīng)用，但由于其機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、人員運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)不足，會(huì)發(fā)生一些故障影響安全運(yùn)行。

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（作者單位：新東北電氣集團(tuán)高壓開(kāi)關(guān)有限公司檢修分公司）