苗全堂，王 凱，王佳輝，王大鵬 ，于永進(jìn)

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司東營(yíng)供電公司，山東 東營(yíng) 257100；2.山東科技大學(xué)，山東 青島 266590）

0 引言

高壓斷路器是電網(wǎng)中重要的一次設(shè)備，能夠閉合、斷開電網(wǎng)運(yùn)行中的正常電流和故障電流，是電網(wǎng)控制和保護(hù)的主要執(zhí)行設(shè)備。操動(dòng)機(jī)構(gòu)是決定斷路器性能的關(guān)鍵部件之一，主要有彈簧機(jī)構(gòu)、電磁機(jī)構(gòu)、液壓機(jī)構(gòu)3 種型式［1］。其中彈簧機(jī)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)簡(jiǎn)單、檢修次數(shù)少等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于220 kV 及以下電壓等級(jí)電網(wǎng)中。但分閘、合閘操作失靈仍是彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)比較常見的故障，一旦發(fā)生類似故障，就會(huì)嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行［2］。文獻(xiàn)［3-4］介紹了由于分閘摯子及其復(fù)位彈簧老化引起的斷路器合后即分故障，文獻(xiàn)［5-6］介紹了由于主軸卡澀導(dǎo)致的斷路器拒合故障，文獻(xiàn)［7-8］介紹了由于分閘脫扣器卡死導(dǎo)致的斷路器拒分故障，但對(duì)于凸輪和滾輪距離不合格導(dǎo)致的合閘故障，現(xiàn)有文獻(xiàn)涉及很少。

針對(duì)上述問(wèn)題，就一起由凸輪和滾輪距離不合格導(dǎo)致的典型220 kV 彈簧斷路器合閘故障，進(jìn)行分析。在進(jìn)行故障處理及分析過(guò)程的基礎(chǔ)上，對(duì)今后設(shè)備施工、驗(yàn)收、檢修提出相應(yīng)措施與建議。

1 故障概況

某220 kV 新建變電站投運(yùn)送電過(guò)程中，第5 次沖擊變壓器時(shí)，1 號(hào)主變壓器201 斷路器合閘后立即跳開，無(wú)法合閘，檢查變壓保護(hù)裝置無(wú)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作信息，排除勵(lì)磁涌流引起保護(hù)誤動(dòng)的情況。設(shè)備轉(zhuǎn)檢修后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行初步檢查，發(fā)現(xiàn)斷路器A 相無(wú)法合閘，B、C 兩相可以正常合閘，但隨后非全相保護(hù)動(dòng)作跳開其他兩相，初步確定為斷路器機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部故障，故障設(shè)備為三相電氣聯(lián)動(dòng)斷路器，型號(hào)為ZF11B-252（L），其單相機(jī)構(gòu)如圖1 所示。

2 處理過(guò)程

將非全相保護(hù)停用后，現(xiàn)場(chǎng)操作斷路器，A 相機(jī)構(gòu)合閘不成功，B、C 兩相可以正常合閘。通過(guò)對(duì)斷路器動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行錄像后發(fā)現(xiàn)，A 相機(jī)構(gòu)輸出連桿可以向合閘方向動(dòng)作，但是隨后立即返回分閘位置。

圖1 故障相單相機(jī)構(gòu)

斷路器的分閘機(jī)構(gòu)如圖2 所示。將斷路器分閘線圈兩端接線全部從端子排解除后，再次試合，A 相仍然合閘不成功，排除了分閘電磁鐵誤動(dòng)的可能性。對(duì)斷路器A 相分閘電磁鐵進(jìn)行拆除，再次對(duì)斷路器進(jìn)行試合閘，A 相仍然合不上，排除了分閘電磁鐵頂桿過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致的合閘后立即分閘。

隨后，對(duì)合閘保持摯子及其壓緊彈簧進(jìn)行了更換，如圖3 所示。更換后，機(jī)構(gòu)缺陷仍然未消除。

通過(guò)對(duì)與儲(chǔ)能棘輪同軸的凸輪和主拐臂上的滾輪進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)主拐臂滾輪卡死（正常情況下可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng)），且滾輪與凸輪表面有凹凸不平的撞擊灼傷痕跡如圖4 所示，判定滾輪與凸輪損壞。

找出故障點(diǎn)后，對(duì)主拐臂及其滾輪、凸輪進(jìn)行更換，隨后，對(duì)斷路器進(jìn)行試合閘，可以進(jìn)行正常合閘，故障消除。

圖2 分閘機(jī)構(gòu)

圖3 合閘保持機(jī)構(gòu)

圖4 損壞的凸輪和滾輪

故障處理完成后，使用KoCoS ACTAS 特性測(cè)試儀對(duì)該斷路器進(jìn)行了機(jī)械特性試驗(yàn)如圖5 所示，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1 所示，與出廠標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比，試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格。

圖5 機(jī)械特性試驗(yàn)

表1 機(jī)械特性主要測(cè)試參數(shù)

3 原因分析

3.1 彈簧機(jī)構(gòu)原理

合閘過(guò)程。斷路器機(jī)構(gòu)分閘已儲(chǔ)能的狀態(tài)如圖6 所示，斷路器接收到合閘信號(hào)后，合閘電磁鐵帶電動(dòng)作，頂桿沖擊合閘摯子，合閘摯子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，釋放儲(chǔ)能保持摯子，儲(chǔ)能保持摯子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)釋放儲(chǔ)能保持銷，棘輪在合閘彈簧的作用下逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)同軸的凸輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，凸輪撞擊主拐臂上的滾輪，推動(dòng)主拐臂順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，動(dòng)觸頭拉桿向上運(yùn)動(dòng)完成合閘［9］，同時(shí)，壓縮分閘彈簧儲(chǔ)能。合閘到位后，斷路器通過(guò)合閘保持摯子卡住主拐臂上的合閘保持銷使斷路器保持在合閘位置。

圖6 機(jī)構(gòu)分閘已儲(chǔ)能狀態(tài)

分閘過(guò)程。斷路器機(jī)構(gòu)合閘狀態(tài)如圖7 所示，斷路器接收到分閘信號(hào)以后，分閘電磁鐵帶電動(dòng)作，頂桿沖擊分閘摯子，分閘摯子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)釋放合閘保持摯子，合閘保持摯子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)釋放合閘保持銷，主拐臂在分閘彈簧力的作用下逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)觸頭拉桿向下運(yùn)動(dòng)完成分閘［10］。

3.2 故障原因分析

本次故障原因分析如圖8 所示，正常情況下，斷路器合閘時(shí)，棘輪在合閘彈簧的作用下開始轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪轉(zhuǎn)到一定位置時(shí)撞擊主拐臂上的滾輪，滾輪由于內(nèi)部軸承作用，將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦［11-12］，減小了表面摩擦分力，其軸向分力推動(dòng)主拐臂向合閘方向運(yùn)動(dòng)。主拐臂滾輪內(nèi)的軸承損壞卡死后，凸輪撞擊滾輪時(shí)，滾輪受力全部集中在很小的區(qū)域，凸輪與滾輪之間摩擦分力消耗的功增大，導(dǎo)致凸輪傳遞給主拐臂的合閘功減少，主拐臂運(yùn)動(dòng)速度減慢、行程減小，還未過(guò)合閘死點(diǎn)時(shí)（合閘保持摯子卡住主拐臂上合閘保持銷的位置）即在分閘彈簧作用力下開始返回，從而合閘保持不住。

圖7 機(jī)構(gòu)合閘狀態(tài)

圖8 故障原因分析

造成上述問(wèn)題的根本原因是廠家裝配工藝控制不合格。儲(chǔ)能狀態(tài)時(shí)，滾輪與凸輪之間的間隙有嚴(yán)格的要求，ZF11B-252（L）型GIS 斷路器機(jī)構(gòu)滾輪與凸輪間隙出廠值合格范圍為（1.5±0.2）mm，本次故障發(fā)生時(shí)測(cè)得滾輪與凸輪間隙為0.5 mm，不符合出廠值要求。凸輪為偏心輪，間隙的改變導(dǎo)致凸輪與滾輪接觸時(shí)間和接觸點(diǎn)改變，從而改變了滾輪受力大小和方向，隨著分合次數(shù)增加，滾輪內(nèi)部軸承由于受力不均而損壞。

4 結(jié)語(yǔ)

介紹了一起220 kV 組合電器彈簧斷路器因機(jī)構(gòu)滾輪與凸輪間隙距離不合格導(dǎo)致的合閘故障，為了防止類似故障再次發(fā)生，總結(jié)了以下幾點(diǎn)建議。

加強(qiáng)設(shè)備驗(yàn)收管理。到貨驗(yàn)收，應(yīng)逐一檢查斷路器的生產(chǎn)記錄、核心零部件檢測(cè)合格證等出廠資料，仔細(xì)檢查斷路器的機(jī)構(gòu)，對(duì)于滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活或卡澀的彈簧斷路器給予返廠處理。交接驗(yàn)收時(shí)，用塞尺檢查機(jī)構(gòu)的滾輪與凸輪之間的間隙距離應(yīng)合格，要求施工方提供設(shè)備交接機(jī)械特性試驗(yàn)報(bào)告，并對(duì)調(diào)試過(guò)程中的機(jī)械特性試驗(yàn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵點(diǎn)見證，防止斷路器帶缺陷投運(yùn)。

合理安排斷路器維護(hù)、檢修計(jì)劃，對(duì)同批次的斷路器進(jìn)行排查，檢查是否有類似問(wèn)題并進(jìn)行機(jī)械特性試驗(yàn)。

提高設(shè)備運(yùn)檢質(zhì)量。結(jié)合設(shè)備停電檢修，查看各傳動(dòng)組件有無(wú)異常磨損、變形，檢查彈簧機(jī)構(gòu)凸輪與滾輪間隙是否正常，對(duì)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)軸承涂抹潤(rùn)滑脂，檢修完后進(jìn)行機(jī)械特性試驗(yàn)，確保機(jī)構(gòu)特性參數(shù)合格。

做好設(shè)備檢修數(shù)據(jù)記錄。每次檢修后的各項(xiàng)測(cè)試參數(shù)應(yīng)建檔留存，注意比較機(jī)械特性參數(shù)與往年測(cè)試數(shù)據(jù)。有的測(cè)試參數(shù)雖然在合格范圍內(nèi)，但與歷史數(shù)據(jù)相比發(fā)生了趨勢(shì)性、較大的變化，應(yīng)分析其原因，以便對(duì)出現(xiàn)劣化傾向的設(shè)備做出針對(duì)性處理。