35kV斷路器機械特性不合格原因分析及防范措施

司帥帥

摘要：對彈簧操動型斷路器在運行中分合閘速度不合格的情況進行分析，認為操作彈簧疲勞是導致分合閘速度不合格的主要原因，提出預防措施及建議。

關鍵詞：35kV斷路器；儲能彈簧；彈簧疲勞

高壓斷路器是變電站的重要設備，擔負著控制和保護電路的雙重任務。當發生事故或需要進行操作時迅速動作，接通或切斷電源，因而要求其有較高的可靠性。據國際大電網會議以及國內有關部門對斷路器故障的統計，操動機構故障占斷路器全部故障的一半以上。因此，加強運行斷路器操動機構的檢查和監督對保障斷路器的正常工作乃至電網的安全運行具有重要意義。彈簧操動機構斷路器中，操作彈簧作為斷路器的操作動力對其運行性能及可靠性具有重要作用。由于彈簧在斷路器中處于壓縮或拉伸的變動載荷下工作，長期使用不可避免地會出現疲勞老化、變形甚至斷裂現象。隨著斷路器服役年限的延長，其操作彈簧疲勞性問題將逐漸突出。

1斷路器操動機構與操作彈簧概述

斷路器的操動機構有多種型式，如彈簧操動機構、氣動機構、液壓機構、液壓彈簧機構等。彈簧操動機構是一種以彈簧（碟形、扭桿、渦卷、圓柱螺旋等彈簧）作為儲能元件的機械式操動機構。彈簧的儲能借助電動機通過減速裝置來完成，并經過鎖扣系統保持在儲能狀態。分合操作時，鎖扣借助磁力脫扣，彈簧釋放能量，經過機械傳遞單元使觸頭運動。合閘時合閘彈簧的能量一部分用來合閘，另一部分用來給分閘彈簧儲能，合閘彈簧一釋放，儲能電機立刻給其儲能。操作彈簧就是彈簧操動機構的心臟部位，對其分合閘時間、速度等機械特性參數及可靠性具有重要影響。斷路器的儲能彈簧、行程、超程、油緩沖的行程、及壓縮尺寸和分合閘繞組動作電壓等參數都可能會影響到斷路器的機械特性，特別是當機構輸出功相對固定的時候，斷路器內部各行程、超程等機械尺寸的調整與斷路器的時間特性和速度特性的變化直接相關。在斷路器機構可能存在操作功不足的情況下，盲目調整動觸頭起點位置，會導致調整斷路器機械特性顧此失彼，可能造成滅弧室內部基本參數發生不可控變化，當滅弧室內部各關鍵尺寸超過產品設計要求范圍時，斷路器開斷故障電流性能就會發生根本改變，所以要保證操動機構的儲能彈簧有足夠的操作功。但是彈簧在斷路器中處于壓縮或拉伸的變動載荷下工作，長期使用不可避免地會出現疲勞老化、變形甚至斷裂現象。

2故障概況

2011年，在某變電站檢修試驗過程中，機械特性測試發現該站有9臺35kV斷路器分合閘速度不合格，均為國內某電力設備廠家2003年生產的配有彈簧操動機構的SF6斷路器。斷路器機械特性試驗結果表明，分閘速度在1.5~1.8m/s，合閘速度在1.3~1.6m/s。產品技術標準參數見表1。針對這一情況，采取調整分合閘繞組動作電壓、導電桿行程、操作彈簧拉伸長度（分合閘彈簧至最大值）及操動機構轉動部位注油潤滑等一系列措施，進行多次測試，測試結果依然不能滿足要求。仔細檢查發現分合閘彈簧的調整裕度非常小，彈簧表面氧化。

表1斷路器標準參數

3原因分析

長期運行時，合閘彈簧處于儲能狀態，分閘彈簧處于拉伸位置，造成彈簧老化；彈簧預拉伸長度較大，造成彈簧彈力不足，縮短彈簧壽命；分、合閘速度在投入運行前試驗，雖然在合格范圍內，但由于分、合閘速度合格范圍調整幅度較大，導致彈簧可能長期處于過度拉伸狀態，加速彈簧疲勞。針對這一問題，工作人員聯系生產廠家進行分合閘彈簧更換，廠家第一批提供分合閘彈簧與原分合閘彈簧外形一致，表面處理工藝有明顯提高，更換后，分合閘彈簧需調整到最大值，剛能達到廠家要求最小值?？紤]運行一段時間后，彈簧可能產生蠕變疲勞，將會沒有調整裕度，要求廠家進行更換，第二批提供的分合閘彈簧明顯加粗（彈簧對比照片見圖1），更換后分合閘速度滿足要求。

圖1原分閘彈簧與各批次分閘彈簧對比

4預防措施

從目前斷路器廠家提供的斷路器資料查尋，沒有開關廠家對自己生產的斷路器，所配彈簧機構中的分、合閘彈簧使用周期、分斷次數、斷路器正常分合需要彈簧多大的彈力進行說明，特別是目前國家電網公司實行集中招標后，設備價格方面所占比重較大，造成開關生產廠家為節約成本，對相應的部件進行低價購買，造成整體部件質量較低，針對上述情況提出以下建議：a.嚴把設備入網關，要求廠家提供所配彈簧機構彈簧鑒定報告，明確分、合閘彈簧使用周期、分斷次數、斷路器正常分合需要彈簧多大的彈力。如條件具備，可對彈簧進行抽檢，檢查彈簧各種參數及成分是否合格。b.利用檢修試驗，加強機構的維護，加強對諸如軸銷、軸承、齒輪、彈簧筒等轉動和直動產生相互摩擦的地方潤滑。c.加強對彈簧機構的分、合閘速度測試，了解分、合閘彈簧的疲勞程度，如果發現分合閘速度不合格應及時調節彈簧預拉長度或更換彈簧。d.對運行時間長的彈簧操動機構操作彈簧進行抽檢，發現問題及早處理。

5結束語

彈簧操動機構斷路器中，操作彈簧在斷路器中處于壓縮或拉伸的變動載荷下工作，隨著斷路器服役年限的延長，其操作彈簧疲勞影響斷路器機械特性和開斷能力問題將逐漸突出，加強入網設備操作彈簧的品質管控，強化對彈簧操動機構的檢查維護，重點做好操作彈簧的監視、抽檢工作，對電網安全可靠運行具有重要意義。

參考文獻：

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