盧雨翔，熊一凡，王師奇

（國網(wǎng)江西省電力有限公司檢修分公司，江西南昌330096）

0 引言

隨著電力系統(tǒng)容量的不斷增加，江西省超高壓電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，斷路器在變電站的安全生產(chǎn)運行中發(fā)揮著不可替代的重要作用[1]。本文結(jié)合一起某500 kV變電站220 kV母聯(lián)GIS斷路器（型號ZF11-252L）拒分故障的分析與處理，使得當(dāng)該類型斷路器發(fā)生拒分問題后能迅速處理該類型故障，減少停電事件，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。

1 斷路器的主要作用

斷路器在500 kV變電站的安全運行中起著重要作用，對于斷路器，主要有以下2個重要的作用：1）正常情況下接通和斷開高壓電路中的空載及負(fù)荷電流；2）在系統(tǒng)發(fā)生故障時能與保護(hù)裝置和自動裝置相配合，迅速切斷故障電流，防止事故擴(kuò)大，從而保證系統(tǒng)安全運行[2]。因此，當(dāng)斷路器發(fā)生拒分故障時，若此時出現(xiàn)故障，斷路器將無法有效、正確的隔離故障，這將導(dǎo)致故障范圍擴(kuò)大，繼續(xù)跳開上一級斷路器，嚴(yán)重時，可能造成主變跳閘、母線失壓的重大事故。

2 問題描述

當(dāng)進(jìn)行倒閘操作時，操作員下令斷開母聯(lián)開關(guān)，監(jiān)控機(jī)上顯示A相分位、B相合位、C相合位，現(xiàn)場檢查機(jī)構(gòu)位置與監(jiān)控機(jī)一致。打開機(jī)構(gòu)箱檢查后，發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)存在明顯的刺鼻味道，經(jīng)檢查，三相的合閘、主分、副分線圈外觀無明顯異常，分合閘線圈電阻均在93 Ω左右?？刂苹芈烦隹陔妷海龢O對地電壓為113V，負(fù)極對地電壓為-112V，出口電壓正常。從智能控制柜再次對斷路器進(jìn)行分閘操作，A、B相分閘成功，C相再次拒分。

3 對斷路器拒分故障原因的分析與處理

3.1 機(jī)構(gòu)動作原理

斷路器由本體（含滅弧室）、機(jī)構(gòu)箱、彈簧機(jī)構(gòu)、傳動連桿等結(jié)構(gòu)組成[1]。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 彈簧機(jī)構(gòu)斷路器布置示意圖

彈簧機(jī)構(gòu)主要分為電機(jī)儲能系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)，輸出軸系統(tǒng)，分合閘脫扣系統(tǒng)，合閘彈簧裝配和分閘彈簧裝配等部分。斷路器用彈簧操動機(jī)構(gòu)的主要功能是帶動本體實現(xiàn)合閘動作、分閘動作和重合閘動作。彈簧機(jī)構(gòu)原始狀態(tài)處于分閘位置，合閘彈簧未儲能狀態(tài)，帶動本體動作原理如圖2。

圖2 彈簧機(jī)構(gòu)布置示意圖

儲能操作：在分閘位置，合閘彈簧未儲能狀態(tài)，當(dāng)斷路器合閘操作完畢時，限位開關(guān)將儲能電機(jī)接通，電機(jī)帶動棘爪推動棘輪旋轉(zhuǎn)，通過拉桿將合閘彈簧儲能，棘輪過死點后，在合閘彈簧力的作用下棘輪受到旋轉(zhuǎn)的力矩，但合閘脫扣器將棘輪上的合閘止位銷鎖住，從而將彈簧操動機(jī)構(gòu)保持在合閘預(yù)備狀態(tài)，如圖3、圖4。

圖3 分閘位置，合閘彈簧未儲能

圖4 分閘位置，合閘彈簧已儲能

合閘操作：彈簧操動機(jī)構(gòu)處于分閘位置且合閘彈簧已儲能。當(dāng)合閘電磁鐵受電動作后，合閘脫扣器釋放棘輪上的合閘止位銷，從而在合閘彈簧的作用下，棘輪通過主軸帶動凸輪旋轉(zhuǎn)，凸輪又推動主拐臂上的磙子，再帶動主拐臂和通過拉桿帶動傳動拐臂旋轉(zhuǎn)，拐臂帶動拉桿裝配和外拐臂向下運動，推動絕緣拉桿，實現(xiàn)斷路器本體動觸頭裝配和靜觸頭裝配的合閘，并對分閘彈簧儲能。當(dāng)斷路器合閘到位后，分閘脫扣器又將主拐臂上的分閘止位銷鎖住，從而保持?jǐn)嗦菲鞅倔w在合閘位置和分閘彈簧在壓縮儲能狀態(tài)，為下一次分閘準(zhǔn)備，如圖5、圖6。

圖5 合閘位置，合閘彈簧未儲能

圖6 合閘位置，合閘彈簧已儲能

分閘操作：彈簧操動機(jī)構(gòu)處于合閘位置并且分閘彈簧被壓縮儲能時，當(dāng)分閘電磁鐵受電動作后，分閘脫扣器釋放主拐臂上的分閘止位銷，從而在分閘彈簧的作用下，傳動拐臂通過拉桿帶動主拐臂轉(zhuǎn)動，拐臂帶動拉桿裝配和外拐臂向上運動，推動絕緣拉桿，實現(xiàn)斷路器本體動觸頭裝配和靜觸頭裝配的分閘，并由分閘彈簧的預(yù)壓縮力將其保持在分閘位置，如圖3。

3.2 原因分析

根據(jù)以上分閘原理介紹，開關(guān)在得到分閘指令時，電磁鐵受電，撞桿將一級分閘鎖閂打開，二級鎖扣系統(tǒng)受力平衡被打破，在分閘彈簧力作用下，分閘保持掣子將向右運動，主拐臂銷軸和軸承轉(zhuǎn)動，拐臂將轉(zhuǎn)動使本體分閘，如圖7。

圖7 分閘脫扣結(jié)構(gòu)示意圖

現(xiàn)場反饋的情況，開關(guān)拒分后，B相在第二次電動操作時分閘，C相電動無法分閘，最終經(jīng)手動操作后分閘。C相機(jī)構(gòu)分閘電磁鐵空程現(xiàn)場測量為3mm。結(jié)合以上分析，編制試驗驗證方案，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行試驗驗證、零部件檢測和脫扣力計算分析。具體如下：

3.2.1 操作試驗驗證分析

3.2.1.1 機(jī)構(gòu)電磁鐵空程、行程和線圈電阻進(jìn)行測量，測量結(jié)果均滿足技術(shù)要求，測量結(jié)果見表1。

表1 測量結(jié)果

3.2.1.2 模擬在額定操作電壓下對B、C相機(jī)構(gòu)進(jìn)行30次[3]分合閘試驗，操作無異常。

3.2.1.3 將C相機(jī)構(gòu)分閘鎖閂處左右間隙調(diào)整至0.1 mm，在額定操作電壓下機(jī)構(gòu)能夠正常分合閘。

3.2.1.4 對機(jī)構(gòu)進(jìn)行低電壓動作測試，分閘時最低動作電壓為80V。

3.2.2 零部件檢測

經(jīng)過檢測，零部件基本滿足設(shè)計要求，不存在特別超差異?，F(xiàn)象，經(jīng)過討論分析不是拒分發(fā)生的直接原因。

3.2.3 解體檢查

拆解ABC三相機(jī)構(gòu)分閘保持掣子，發(fā)現(xiàn)C相分閘保持掣子磙子有磨損，與其他部位有明顯不同，不光滑。設(shè)計要求粗糙度為0.8，實際查看A、B相機(jī)構(gòu)無此問題，且在現(xiàn)場分合幾十次，機(jī)構(gòu)動作無異常，初步分析為裝配時磕碰所致，為個例，不影響機(jī)構(gòu)正常動作。

3.2.4 脫扣力計算分析

根據(jù)機(jī)構(gòu)計量尺寸進(jìn)行脫扣力計算，對合閘狀態(tài)時分閘系統(tǒng)受力分析，由分閘彈簧力值推算分閘鎖閂脫扣力在150 N左右，脫扣力計算結(jié)果沒有問題。

3.2.5 零件檢查

進(jìn)一步檢查機(jī)構(gòu)情況，發(fā)現(xiàn)主拐臂銷軸軸承安裝孔存在磨損，有明顯印痕。由于機(jī)構(gòu)運行半年左右，經(jīng)現(xiàn)場反饋信息，此處轉(zhuǎn)動靈活，一級鎖閂脫扣后，二級鎖扣直接脫扣沒有異?，F(xiàn)象，理應(yīng)不是此處問題，且該設(shè)備已經(jīng)為主拐臂脫扣銷軸安裝孔進(jìn)行過升版，要求硬度提高到HRC45-50左右。但實際情況主拐臂銷軸軸承安裝孔已存在磨損，屬于異常狀態(tài)，異常狀態(tài)如圖8所示。

圖8 主拐臂安裝孔內(nèi)壁存在劃痕

隨后，我們對機(jī)構(gòu)異常動作情況當(dāng)分閘鎖閂右端打開2mm保持在平衡狀態(tài)下進(jìn)行受力分析，當(dāng)二級脫扣系統(tǒng)存在0.3摩擦系數(shù)時，機(jī)構(gòu)能保證自平衡。而查閱資料，正常的鋼對鋼材質(zhì)摩擦系數(shù)在0.1～0.2之間。

4 結(jié)語

根據(jù)檢測計量和脫扣計算分析結(jié)果，本次220 kV斷路器機(jī)構(gòu)拒動是由于機(jī)構(gòu)主拐臂脫扣銷軸安裝孔硬度不足，機(jī)構(gòu)多次動作后安裝孔處磨損變形，導(dǎo)致分閘脫扣系統(tǒng)主拐臂銷軸與軸承間的摩擦系數(shù)增大超出正常值，造成機(jī)構(gòu)異常卡滯，出現(xiàn)拒分現(xiàn)象。根據(jù)上述分析，為了消除摩擦系數(shù)異常增大隱患，擬對現(xiàn)場斷路器彈簧機(jī)構(gòu)提出以下整改措施：

1）利用停電檢修時間，對變電站內(nèi)全部斷路器產(chǎn)品機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)維護(hù)排查，避免因螺栓松動、潤滑不良等原因造成機(jī)構(gòu)故障[4]；

2）對分閘電磁鐵間隙、分閘鎖閂軸系統(tǒng)裝配靈活程度進(jìn)行確認(rèn)，保證傳動靈活[5]，滿足設(shè)計要求；

3）對變電站現(xiàn)場運行產(chǎn)品軸承進(jìn)行更換，將不帶軸承外圈的軸承更換為帶外圈的軸承，增大受力面積，可以有效避免軸承安裝孔因硬度不足造成滾針軸承轉(zhuǎn)動不靈活的問題。