35kV斷路器機(jī)械特性不合格原因分析及防范措施

司帥帥

摘要：對彈簧操動型斷路器在運(yùn)行中分合閘速度不合格的情況進(jìn)行分析，認(rèn)為操作彈簧疲勞是導(dǎo)致分合閘速度不合格的主要原因，提出預(yù)防措施及建議。

關(guān)鍵詞：35kV斷路器；儲能彈簧；彈簧疲勞

高壓斷路器是變電站的重要設(shè)備，擔(dān)負(fù)著控制和保護(hù)電路的雙重任務(wù)。當(dāng)發(fā)生事故或需要進(jìn)行操作時迅速動作，接通或切斷電源，因而要求其有較高的可靠性。據(jù)國際大電網(wǎng)會議以及國內(nèi)有關(guān)部門對斷路器故障的統(tǒng)計，操動機(jī)構(gòu)故障占斷路器全部故障的一半以上。因此，加強(qiáng)運(yùn)行斷路器操動機(jī)構(gòu)的檢查和監(jiān)督對保障斷路器的正常工作乃至電網(wǎng)的安全運(yùn)行具有重要意義。彈簧操動機(jī)構(gòu)斷路器中，操作彈簧作為斷路器的操作動力對其運(yùn)行性能及可靠性具有重要作用。由于彈簧在斷路器中處于壓縮或拉伸的變動載荷下工作，長期使用不可避免地會出現(xiàn)疲勞老化、變形甚至斷裂現(xiàn)象。隨著斷路器服役年限的延長，其操作彈簧疲勞性問題將逐漸突出。

1斷路器操動機(jī)構(gòu)與操作彈簧概述

斷路器的操動機(jī)構(gòu)有多種型式，如彈簧操動機(jī)構(gòu)、氣動機(jī)構(gòu)、液壓機(jī)構(gòu)、液壓彈簧機(jī)構(gòu)等。彈簧操動機(jī)構(gòu)是一種以彈簧（碟形、扭桿、渦卷、圓柱螺旋等彈簧）作為儲能元件的機(jī)械式操動機(jī)構(gòu)。彈簧的儲能借助電動機(jī)通過減速裝置來完成，并經(jīng)過鎖扣系統(tǒng)保持在儲能狀態(tài)。分合操作時，鎖扣借助磁力脫扣，彈簧釋放能量，經(jīng)過機(jī)械傳遞單元使觸頭運(yùn)動。合閘時合閘彈簧的能量一部分用來合閘，另一部分用來給分閘彈簧儲能，合閘彈簧一釋放，儲能電機(jī)立刻給其儲能。操作彈簧就是彈簧操動機(jī)構(gòu)的心臟部位，對其分合閘時間、速度等機(jī)械特性參數(shù)及可靠性具有重要影響。斷路器的儲能彈簧、行程、超程、油緩沖的行程、及壓縮尺寸和分合閘繞組動作電壓等參數(shù)都可能會影響到斷路器的機(jī)械特性，特別是當(dāng)機(jī)構(gòu)輸出功相對固定的時候，斷路器內(nèi)部各行程、超程等機(jī)械尺寸的調(diào)整與斷路器的時間特性和速度特性的變化直接相關(guān)。在斷路器機(jī)構(gòu)可能存在操作功不足的情況下，盲目調(diào)整動觸頭起點(diǎn)位置，會導(dǎo)致調(diào)整斷路器機(jī)械特性顧此失彼，可能造成滅弧室內(nèi)部基本參數(shù)發(fā)生不可控變化，當(dāng)滅弧室內(nèi)部各關(guān)鍵尺寸超過產(chǎn)品設(shè)計要求范圍時，斷路器開斷故障電流性能就會發(fā)生根本改變，所以要保證操動機(jī)構(gòu)的儲能彈簧有足夠的操作功。但是彈簧在斷路器中處于壓縮或拉伸的變動載荷下工作，長期使用不可避免地會出現(xiàn)疲勞老化、變形甚至斷裂現(xiàn)象。

2故障概況

2011年，在某變電站檢修試驗過程中，機(jī)械特性測試發(fā)現(xiàn)該站有9臺35kV斷路器分合閘速度不合格，均為國內(nèi)某電力設(shè)備廠家2003年生產(chǎn)的配有彈簧操動機(jī)構(gòu)的SF6斷路器。斷路器機(jī)械特性試驗結(jié)果表明，分閘速度在1.5~1.8m/s，合閘速度在1.3~1.6m/s。產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)見表1。針對這一情況，采取調(diào)整分合閘繞組動作電壓、導(dǎo)電桿行程、操作彈簧拉伸長度（分合閘彈簧至最大值）及操動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動部位注油潤滑等一系列措施，進(jìn)行多次測試，測試結(jié)果依然不能滿足要求。仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)分合閘彈簧的調(diào)整裕度非常小，彈簧表面氧化。

表1斷路器標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)

3原因分析

長期運(yùn)行時，合閘彈簧處于儲能狀態(tài)，分閘彈簧處于拉伸位置，造成彈簧老化；彈簧預(yù)拉伸長度較大，造成彈簧彈力不足，縮短彈簧壽命；分、合閘速度在投入運(yùn)行前試驗，雖然在合格范圍內(nèi)，但由于分、合閘速度合格范圍調(diào)整幅度較大，導(dǎo)致彈簧可能長期處于過度拉伸狀態(tài)，加速彈簧疲勞。針對這一問題，工作人員聯(lián)系生產(chǎn)廠家進(jìn)行分合閘彈簧更換，廠家第一批提供分合閘彈簧與原分合閘彈簧外形一致，表面處理工藝有明顯提高，更換后，分合閘彈簧需調(diào)整到最大值，剛能達(dá)到廠家要求最小值?？紤]運(yùn)行一段時間后，彈簧可能產(chǎn)生蠕變疲勞，將會沒有調(diào)整裕度，要求廠家進(jìn)行更換，第二批提供的分合閘彈簧明顯加粗（彈簧對比照片見圖1），更換后分合閘速度滿足要求。

圖1原分閘彈簧與各批次分閘彈簧對比

4預(yù)防措施

從目前斷路器廠家提供的斷路器資料查尋，沒有開關(guān)廠家對自己生產(chǎn)的斷路器，所配彈簧機(jī)構(gòu)中的分、合閘彈簧使用周期、分?jǐn)啻螖?shù)、斷路器正常分合需要彈簧多大的彈力進(jìn)行說明，特別是目前國家電網(wǎng)公司實(shí)行集中招標(biāo)后，設(shè)備價格方面所占比重較大，造成開關(guān)生產(chǎn)廠家為節(jié)約成本，對相應(yīng)的部件進(jìn)行低價購買，造成整體部件質(zhì)量較低，針對上述情況提出以下建議：a.嚴(yán)把設(shè)備入網(wǎng)關(guān)，要求廠家提供所配彈簧機(jī)構(gòu)彈簧鑒定報告，明確分、合閘彈簧使用周期、分?jǐn)啻螖?shù)、斷路器正常分合需要彈簧多大的彈力。如條件具備，可對彈簧進(jìn)行抽檢，檢查彈簧各種參數(shù)及成分是否合格。b.利用檢修試驗，加強(qiáng)機(jī)構(gòu)的維護(hù)，加強(qiáng)對諸如軸銷、軸承、齒輪、彈簧筒等轉(zhuǎn)動和直動產(chǎn)生相互摩擦的地方潤滑。c.加強(qiáng)對彈簧機(jī)構(gòu)的分、合閘速度測試，了解分、合閘彈簧的疲勞程度，如果發(fā)現(xiàn)分合閘速度不合格應(yīng)及時調(diào)節(jié)彈簧預(yù)拉長度或更換彈簧。d.對運(yùn)行時間長的彈簧操動機(jī)構(gòu)操作彈簧進(jìn)行抽檢，發(fā)現(xiàn)問題及早處理。

5結(jié)束語

彈簧操動機(jī)構(gòu)斷路器中，操作彈簧在斷路器中處于壓縮或拉伸的變動載荷下工作，隨著斷路器服役年限的延長，其操作彈簧疲勞影響斷路器機(jī)械特性和開斷能力問題將逐漸突出，加強(qiáng)入網(wǎng)設(shè)備操作彈簧的品質(zhì)管控，強(qiáng)化對彈簧操動機(jī)構(gòu)的檢查維護(hù)，重點(diǎn)做好操作彈簧的監(jiān)視、抽檢工作，對電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行具有重要意義。

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