一起35 kV真空斷路器推進機構(gòu)位置行程開關(guān)失效分析與對策

楊建軍 李銳

摘 要：針對一起35 kV真空斷路器位置行程開關(guān)在配合開關(guān)柜二次回路時出現(xiàn)的位置信號短暫失效現(xiàn)象，深入分析原因，并提出解決方案。

關(guān)鍵詞：推進機構(gòu);試驗位置;工作位置;行程開關(guān)

0??? 引言

35 kV高壓真空斷路器由于體積及重量原因一般采用落地式結(jié)構(gòu)，在配合高壓開關(guān)柜工作時，推進機構(gòu)保證斷路器從試驗位置移動到工作位置。在機械方面，斷路器到達試驗位置或工作位置是通過推進機構(gòu)的離合裝置離合狀態(tài)來判斷的;在電氣方面，斷路器是通過推進機構(gòu)試驗位置行程開關(guān)或工作位置行程開關(guān)的觸點信號切換來判斷斷路器所處位置的。

1??? 失效分析

1.1??? 失效現(xiàn)象概述

2018年5月，某開關(guān)柜廠家反饋，35 kV斷路器在配合開關(guān)柜測試過程中出現(xiàn)工作位置行程開關(guān)信號工作不可靠現(xiàn)象。通過現(xiàn)場實際觀察，發(fā)現(xiàn)斷路器到達工作位置之后，由于慣性推進機構(gòu)絲桿沒有立即停止工作，到絲桿出現(xiàn)離合狀態(tài)時，開關(guān)柜工作位置指示燈出現(xiàn)短暫的閃滅閃亮現(xiàn)象。

在斷路器實際配合開關(guān)柜操作過程中，現(xiàn)場通過推進機構(gòu)離合時發(fā)出的“咔咔”聲以及開關(guān)柜面板指示燈來判斷推進機構(gòu)是否到達預(yù)定的行程位置。由于工作位置信號會通過微機保護裝置送到后臺進行相關(guān)的邏輯判斷，因此，信號指示燈出現(xiàn)的短暫閃滅閃亮現(xiàn)象可能會導(dǎo)致微機保護的邏輯判斷錯誤。

1.2??? 失效原因分析

通過現(xiàn)場實際測試，發(fā)現(xiàn)斷路器處于試驗位置時，通過搖進手柄操作推進機構(gòu)，在不斷的離合過程中，試驗位置指示燈顯示正常;但當(dāng)斷路器處于工作位置時，通過搖進手柄操作推進機構(gòu)，在不斷的離合過程中，開關(guān)柜面板工作位置指示燈出現(xiàn)閃滅閃亮的現(xiàn)象。進一步查看，發(fā)現(xiàn)試驗位置行程開關(guān)是通過推進機構(gòu)的螺釘按壓行程開關(guān)彎板來實現(xiàn)行程開關(guān)觸點的切換，工作位置行程開關(guān)是通過推進機構(gòu)絲桿下面的導(dǎo)向板上安裝塊的螺釘按壓行程開關(guān)彎板來實現(xiàn)行程開關(guān)觸點的切換。

初步分析，如圖1所示，由于推進機構(gòu)的離合裝置銷釘沿離合軸套漸開線由最低點沿圓弧線緩慢上升到最高點后直接下降到最低點過程中，離合軸套連接的導(dǎo)向板上安裝塊調(diào)節(jié)螺釘由緊壓工作位置行程開關(guān)彎板到脫開行程開關(guān)彎板的過程中出現(xiàn)工作位置行程開關(guān)指示燈閃滅的現(xiàn)象。

進一步分析發(fā)現(xiàn)，推進機構(gòu)在工作位置的離合過程中，斷路器到達工作位置的機械切換與工作位置行程開關(guān)的電氣切換不同步及不可靠是導(dǎo)致這一現(xiàn)象發(fā)生的原因，即斷路器通過推進機構(gòu)達到工作位置后，要進一步確認斷路器是否處于工作位置。同時，在慣性作用下，推進機構(gòu)絲桿的離合銷釘帶動離合軸套與其相連接的導(dǎo)向板在離合軸套的漸開線上沿弧線移動時，導(dǎo)向板上的安裝塊螺釘在按壓工作位置行程開關(guān)彎板過程中出現(xiàn)了行程開關(guān)觸點切換的不可靠，從而導(dǎo)致工作位置指示燈出現(xiàn)閃滅現(xiàn)象。

2??? 解決方案

2.1??? 方案設(shè)計

根據(jù)失效原因，工作位置指示燈出現(xiàn)閃滅現(xiàn)象主要是工作位置行程開關(guān)切換不可靠所致，直接加長安裝塊螺釘，可以可靠地按壓工作位置行程開關(guān)彎板，但是會出現(xiàn)行程開關(guān)極限按壓，導(dǎo)致行程開關(guān)觸點彈簧長期工作在極限壓力狀態(tài)下，從而影響行程開關(guān)的使用壽命;并且加長安裝塊螺釘會影響到推進機構(gòu)的行程，推進機構(gòu)行程等工作位置絲桿移動距離減去試驗位置絲桿距離，安裝塊螺釘加長會導(dǎo)致推進機構(gòu)絲桿工作位置距離減小，從而進一步導(dǎo)致推進機構(gòu)行程變小。

安裝塊螺釘長度不能加長，按壓工作位置行程開關(guān)必須可靠切換，并且按壓行程有一定的可變性，因此考慮使用彈簧解決該問題。通過使用相似的彈簧安裝，初步測試驗證方案的可行性，發(fā)現(xiàn)有一定的效果。方案設(shè)計過程如下：

（1）通過該型號行程開關(guān)的參數(shù)得知，行程開關(guān)從自然狀態(tài)到臨界工作狀態(tài)行程大約5 mm，從臨界工作狀態(tài)到極限狀態(tài)的行程大約8 mm，因此，行程開關(guān)的行程為5～13 mm，考慮到零件差異、安裝差異及其他誤差，行程開關(guān)需要的工作行程為6～10 mm。

（2）通過測力計測試行程開關(guān)的觸點切換壓力值大約1 N·m，安裝塊螺釘為M5，安裝塊厚度為14 mm，因此，彈簧中徑設(shè)計為10 mm，彈簧工作行程應(yīng)不小于行程開關(guān)所需工作行程6～10 mm，選用目前常用的?1不銹鋼絲作為彈簧絲，根據(jù)彈簧的已知參數(shù)及以下計算公式[1-2]進行計算：

F=kx?????????????? （1）

k=Gd4/（8nD3）?? （2）

H0=nt+（n0-0.5）d??? （3）

式中：F為力值;k為彈性系數(shù);x為形變量;G為材料鋼性模數(shù);d為線徑;n為彈簧有效圈數(shù);D為中徑;H0為彈簧總高度;t為節(jié)距;n0為彈簧總?cè)?shù)。

由公式（1）計算出彈性系數(shù)k，再根據(jù)公式（2）理論上計算出彈簧的有效圈數(shù)n=4。將彈簧支撐圈數(shù)定義為1.5圈，最后根據(jù)公式（3）得出彈簧總高度H0與節(jié)距t的關(guān)系，相互之間調(diào)整參數(shù)并根據(jù)彈簧壓力值得出彈簧總高度H0與節(jié)距t的初步數(shù)值。

（3）根據(jù)計算數(shù)值初步設(shè)計彈簧?？紤]到離合裝置漸開線高度差導(dǎo)致的彈簧工作行程損失，因此彈簧工作行程應(yīng)大于等于離合裝置離合軸套漸開線高度。目前離合軸套漸開線高度為8～10 mm，而且這種小型彈簧，由于彈簧設(shè)計工作壓力值的限制及需要依靠調(diào)節(jié)安裝塊螺釘作為彈簧導(dǎo)向等原因，其工作行程不可能太大，基于安裝塊螺釘長度、離合軸套漸開線高度及行程開關(guān)所需的工作行程綜合考慮，設(shè)計彈簧總高度H0與節(jié)距t的數(shù)值。