斷路器彈簧操作機構(gòu)儲能異常分析與處理

徐仕林 王明江 朱一昕 晏慶豐

摘要：本文通過對一起±500kV某換流站交流濾波器小組斷路器分合閘過程中彈簧操作機構(gòu)軸承斷裂導(dǎo)致儲能異常進行分析，結(jié)合現(xiàn)場拆卸觀察和返廠解體檢查，并在現(xiàn)場進行相關(guān)試驗，驗證了此次儲能異常的原因，并提出了相應(yīng)的改進措施，從而為避免再次發(fā)生類似事故提供一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：斷路器;彈簧機構(gòu);儲能異常

前言

在高壓直流輸電系統(tǒng)中，斷路器不僅能完成不同運行方式的轉(zhuǎn)換，發(fā)生故障時還能可靠地切斷故障電流，是電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護設(shè)備。實際的運行經(jīng)驗表明，斷路器的故障大多數(shù)都和其操作機構(gòu)有關(guān)，同時操作機構(gòu)也是斷路器比較容易出現(xiàn)問題的附件之一，表1為部分統(tǒng)計數(shù)據(jù)。而彈簧操作機構(gòu)為斷路器的正常運行提供必需的動力，儲能電機作為彈簧操作機構(gòu)的動力來源，它的穩(wěn)定性和可靠性與否直接關(guān)系到斷路器能否正常工作。本文通過一起交流濾波器小組斷路器彈簧操作機構(gòu)儲能異常的故障情況展開分析，對彈簧操作機構(gòu)儲能電機的輸出特性提出適應(yīng)性更強的新要求。

1 故障情況

±500kV某換流站561交流濾波器561斷路器B相在開展檢查斷路器分、合閘回路工作期間進行試分合試驗時，在斷路器完成合閘后彈簧機構(gòu)儲能過程即將完成時出現(xiàn)異常聲響，檢查發(fā)現(xiàn)合閘緩沖器軸承斷裂，機構(gòu)箱底部有金屬零件掉落，儲能后沖角出現(xiàn)超標（要求不大于120°即可見齒數(shù)不超過25齒）。

2 原因分析

故障斷路器彈簧操作機構(gòu)采用西門子（杭州）產(chǎn)的3AP2-FI型斷路器FA5彈簧操作機構(gòu)，其工作原理如圖1所示。機構(gòu)在儲能過程中，儲能電機通過齒輪傳動裝置帶動頂桿轉(zhuǎn)動，頂桿推動儲能小凸輪逆時針轉(zhuǎn)動，當頂桿運動到頂部時由三角凸輪完成機械離合，隨后儲能限位開關(guān)動作，儲能結(jié)束。現(xiàn)場拆卸觀察除合閘緩沖器軸承有明顯斷裂痕跡外，機構(gòu)箱鑄件殼體未出現(xiàn)可見裂紋，儲能電機運行正常。對故障機構(gòu)開展返廠解體檢查：（1）儲能小凸輪尖角處發(fā)現(xiàn)有明顯磨損，曲柄凸輪反向運動時與合閘緩沖器軸承接觸面處也有明顯磨損痕跡;（2）合閘緩沖器軸承斷裂，鋁撥叉上表面有明顯磨損痕跡。結(jié)合現(xiàn)場拆卸觀察和返廠解體檢查，認為故障機構(gòu)發(fā)生機構(gòu)“反打”現(xiàn)象——當頂桿與儲能小凸輪嚙合不充分而提前滑脫時，曲柄凸輪在合閘彈簧作用力下將往回拉，合閘彈簧釋能同時造成機構(gòu)“反打”，直接造成合閘彈簧操作功全部作用于固定在機構(gòu)殼體上的合閘緩沖器軸承。機構(gòu)“反打”的根本原因在于機構(gòu)儲能過程中動能較大，導(dǎo)致頂桿與儲能小凸輪之間產(chǎn)生較大的過沖而無法可靠嚙合，進而發(fā)生提前機械離合現(xiàn)象，造成機構(gòu)“反打”。

3 改進措施

衡量儲能過沖程度的標準為檢查機構(gòu)后沖角度，即儲能結(jié)束時，由于電機自身慣性，儲能小凸輪仍會繼續(xù)向后轉(zhuǎn)動一個角度，示意圖如圖2所示。故障機構(gòu)使用的是轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加而下降速率很快的串勵電機，但儲能結(jié)束時電機處于空載或輕載運行，串勵電機依然存在很大的慣性，并保持較高轉(zhuǎn)速，有造成儲能后沖角度有超標的風(fēng)險。而復(fù)勵電機的機械特性較串勵電機更軟，其功率輸出特性較為平穩(wěn)，對電機儲能過沖的控制效果明顯，更有利于頂桿與小凸輪的可靠接觸，因此將原來的串勵電機更換為復(fù)勵電機，原串勵電機及現(xiàn)復(fù)勵電機參數(shù)特性如表2所示。并在現(xiàn)場針對斷路器儲能機構(gòu)的機械特性（包括速度），低電壓動作特性進行多次試驗，試驗結(jié)果均合格。

4 結(jié)束語

通過對一起3AP2-FI型斷路器FA5彈簧操作機構(gòu)儲能異常展開分析，當使用串勵電機的彈簧操作機構(gòu)出現(xiàn)以下情況：（1）現(xiàn)場后沖角度檢查超過120°，即可見齒數(shù)超過25齒;（2）小凸輪尖角磨損;（3）曲柄凸輪反向運動時與合閘緩沖器軸承接觸面磨損;（4）合閘緩沖器軸承斷裂。本文筆者認為電機儲能過沖可能是主要原因，在滿足現(xiàn)場運行的技術(shù)要求下，建議將原來的串勵電機更換為復(fù)勵電機，可以有效規(guī)避彈簧操作機構(gòu)后沖角度超標的風(fēng)險。

參考文獻：

[1]西門子股份有限公司。西門子550kV 3AP2-FI型斷路器操作說明書，2017年。

[2]中國南方電網(wǎng)有限責任公司。500kV瓷柱式高壓交流六氟化硫斷路器技術(shù)規(guī)范，2011年。

[3]李發(fā)海，朱東起。電機學(xué)（第五版），2020年。

作者簡介：徐仕林（1994年12月），男，電氣助理工程師，從事?lián)Q流站運行維護工作，云南電網(wǎng)有限責任公司楚雄供電局;

王明江（1995年5月），男，電氣助理工程師，從事?lián)Q流站運行維護工作，云南電網(wǎng)有限責任公司楚雄供電局;

朱一昕（1994年10月），男，電氣助理工程師，從事?lián)Q流站運行維護工作，云南電網(wǎng)有限責任公司楚雄供電局;

晏慶豐（1987），男，學(xué)士，工程師，云南電網(wǎng)有限責任公司楚雄供電局變電運行所，從事變電運行與維護方面的研究工作。