一起斷路器彈簧儲能故障分析與處理

劉濱濤 肖建華 黃 倩

（廣東電網公司揭陽供電局，廣東 揭陽 522000）

斷路器彈簧儲能機構常用拉簧或卷簧構成。卷簧具有結構緊湊，性能穩定、操作功低等優點。ABB公司的LTB245E1型斷路器采用的就是BLK222型“渦卷”式彈簧操動機構，其主要特點是：成套性高、組件數量少、動作迅速。因此，工藝要求高、結構復雜。

2011年底，1臺恢復送電的220 kV LTB245E1型斷路器在送電過程中機構發生彈簧未儲能故障，在處理過程中發現產品因裝配工藝等原因存在質量隱患，在廠家技術人員的指導下檢修人員及時進行了處理。

1 故障經過

2011年，220kV榕揭乙線停電進行保護定檢，期間保護短時間內頻繁傳動開關多次。定檢結束后，恢復送電。合上開關控制電源后大概1min后，運行人員發現后臺“彈簧儲能空開跳閘”光字牌亮，同時發現“彈簧未儲能”光字牌一直高亮，沒有復歸。運行人員立即停止操作到現場查看，發現C相彈簧機械指示未到儲能滿位置，打開機構箱發現儲能電機空開已跳開，運行人員懷疑電機短路造成空開跳閘，于是用萬用表測量電機相間電阻無異常后，再次合上儲能電機空開，正常情況下儲能在10s左右就應完成，現場卻發現儲能電機一直有運轉聲，聲音沉悶異常，儲能指示一直無法到達“儲能滿”位置。幾十秒后，儲能空開過負荷跳開。運行人員無法處理故障，隨即匯報調度將開關轉檢修。繼保和檢修人員到現場后，初步懷疑是儲能位置繼電器故障造成電機無法自動切斷回路，造成電機堵轉。根據電機儲能回路分析，電機儲能控制是由儲能位置輔助接點直接控制的，與開關分合閘狀態無關，及BLK222型機構在分合閘位置時均能儲能。

2 故障分析

BLK222型操作機構利用“渦卷”式合閘彈簧直接驅動斷路器的連桿，不需要任何中間凸輪盤，連桿或軸。卷簧由一個交流電機儲能，所有動力元件都安裝在一根由箱體支撐的主軸上。分閘緩沖器用于緩沖觸頭系統在行程末期的運動，分閘和合閘掣子相同，具有速動和防震的特點[1]。其結構如圖1所示。

圖1 BLK222型“渦卷”式彈簧操動機構結構圖

在廠家技術人員的指導下，檢修人員對C相開關機構箱進行了解體，發現儲能位置輔助接點繼電器功能是正常的，但是儲能限位擋板并未到位，繼續解體才發現合閘彈簧間的白色襯墊已發生嚴重變形。

該“渦卷”式彈簧操動機構中，斷路器在合閘過程中就先完成了對分閘彈簧的儲能。渦卷彈簧裝于彈簧盒內，其內外端有鉤環，分別與主軸和彈簧盒連接，彈簧盒外圓有齒輪。儲能時主軸不動，電機帶動彈簧盒旋轉，使渦卷彈簧儲能[2]，儲能到位后，由合閘掣子閉鎖，彈簧儲能繼電器限位開關動作切斷儲能回路。當合閘線圈接收到合閘指令脈沖后，使合閘掣子脫扣，合閘彈簧釋放能量，由合閘驅動軸帶動驅動拐臂，再經驅動拐臂牽引偏心拐臂傳遞給斷路器的拉桿和分閘彈簧，斷路器合閘，此后電機對合閘彈簧再次儲能。牽引偏心拐臂由分閘掣子閉鎖，合閘驅動拐臂由合閘掣子閉鎖，斷路器保持在合閘位置。在這次定檢中，由于保護人員傳動斷路器，使得合閘彈簧層間的白色襯墊發生了位移，在短時間內多次傳動后，由于最內圈卷簧不斷收緊，留給襯墊的空間越來越小，隨著襯墊逐漸向彈簧內部移動，最終襯墊受到卷簧的擠壓導致變形，使卷簧無法正常儲能到位。

該襯墊在彈簧外側主要是為均衡彈簧各部分受力的作用。襯墊的固定主要是依靠裝配時卷簧首端的夾緊件，夾緊件的功能就是調整卷簧與襯墊之間的空隙與受力大小的。當過緊時，卷簧與襯墊空間太小，襯墊受的摩擦力明顯增大，特別是最內圈襯墊受力最大，容易發生變形；當過松時，容易在釋能過程中發生位移，如果向內圈移動則與過緊時一樣效果。因此，夾緊件的壓緊量有嚴格規定，只有在正常范圍才能保證卷簧的正常工作。此次故障，就是由于C相機構夾緊件過松導致的，在運行初期襯墊剛開始位移，卷簧的變形量還能夠保證正常儲能，隨著定檢傳動次數增多，白色襯墊逐步受擠壓使彈簧行程受到限制，儲能行程擋板無法到位，造成無法切斷儲能回路，從而電機堵轉過負荷跳開儲能空開。

3 措施及原因分析

由于線路受運行方式影響不能長時間停電，調整夾緊件須有專門工具，廠家人員決定暫時采取臨時措施，決定切割掉已變形的白色襯墊，使卷簧可以儲能到位，等新的機構箱運到以后再進行更換，舊的機構箱返廠維修。并對此批次斷路器隨停電進行檢查來杜絕隱患。圖2為襯墊切割前后對比圖。

圖2 襯墊切割前后對比圖

通過機構解體和動作原理分析，可以判斷此次機構故障的原因是由于夾緊件裝配工藝質量問題導致合閘彈簧層間白色襯墊位移，廠家事后對此次故障發來確認函，認為是由于裝配工藝不當造成的，本身卷簧無問題。

值得注意的是，此次故障也不是第一次出現，在2010年也出現過一起類似故障，當時白色襯墊位移和變形沒有那么厲害，廠家人員只是重新調整了襯墊位置并沒有采取切割方式就解決了問題，由于問題不是很大當時并沒有引起重視。對于此批次的斷路器懷疑可能均有此問題，但由于不能一一解體檢查無法確定。此批斷路器由北京ABB高壓開關廠2008年2月生產，一共14組42相，編號為136000596701- 136000596714。對于在惡劣雷雨天氣下斷路器可能發生多次單相重合的情況下發生斷路器拒合故障，影響電網安全穩定運行。

4 結論

BLK彈簧機構采用瑞士生產的卷簧機構，成套性高，維護量小，整體運行可靠性較高。對于儲能回路的問題，大部分是發生在電氣回路，例如儲能電機短路、行程開關失靈或受潮短路引起，機械故障也多發生于卷簧質量不佳導致斷裂所致，而此次故障是由卷簧的輔料造成比較罕見。事實表明，BLK機構發生程度較嚴重襯墊位移時，合閘成功率達不到100%。彈簧機構的多種優良特性使得市場占有率近年來增長迅速。雖然彈簧機構檢修維護量小，但對它的維護工作仍需引起檢修人員的高度重視，彈簧機構一旦出現故障，很容易發生開關拒動造成事故范圍擴大。對于本文所訴故障，日常巡視中很難發現，其最直觀的影響是儲能機械指示不到位，因為指示是與儲能卷簧連動的，與正常儲能相比有小偏差。但是由于偏差行程很小，難以判斷。故對斷路器預試定檢后檢查儲能指示，并與工作前對比，最好工作前后拍照進行對比。其次，如果發生電機堵轉，沒有發現其他問題時因解體對彈簧進行分析。在定期檢修維護中，彈簧機構的檢查，限于無法進行解體檢查，主要進行目測檢查、定期潤滑等工作，并且繼保定檢時不應頻繁傳動，盡量降低對斷路器的機械沖擊，確保彈簧機構的運行可靠性。

[1]LTB 72.5-245E1 BLK222單相操作手冊[R].北京 ABB高壓開關廠,2008.

[2]劉國榮.渦卷彈簧儲能操作機構的設計與應用[J].機電工程技術,2004(10).