一起110kV組合電器斷路器彈簧機構故障分析

羅湘慈 熊宏平 袁進雄

摘要：斷路器是電網中最重要的電氣設備之一，在電網中起著投切電氣設備，切除故障電流等保護作用。如果斷路器發生異常不及時消除，則在系統發生故障時，事故范圍將有可能擴大。分析斷路器的故障原因，及時消除設備異常，提高設備運行可靠性，保證電網安全具有重要意義。以一起110kV組合電器斷路器彈簧機構在運行中發生的異常為研究對象，在分析合閘彈簧預壓力對斷路器合閘時間、速度影響的基礎上，對斷路器故障進行分析，提出對斷路器同類性故障處理意見及防范措施。

關鍵詞：組合電器;斷路器;彈簧機構;缺陷分析

引言

110kV高云變電站，110kV室內設備采用山東泰開高壓開關有限公司生產的ZF10-126組合電器，三臺斷路器配CT26彈簧操作機構。2021年3月3日，運維人員正常巡視110kV高云變電站組合電器502斷路器時發現：斷路器彈簧機構儲能拉桿已儲能指示位置、儲能扣板及凸輪位置方向與站內500、504間隔不一致。存在正常操作時導致斷路器拒分，燒毀分閘線圈;線路故障時斷路器拒分，越級跳閘，造成電網事件的風險。通過初步分析該故障的主要原因系合閘彈簧預壓力發生改變所致，立即對斷路器進行檢修。

一、故障簡述

經現場檢查，502斷路器機械、電氣位置指示處于合閘狀態，高壓帶電顯示正常，后臺電流及負荷顯示正常，無異常信號。打開機構箱門檢查發現502斷路器彈簧機構儲能拉桿位置指示不到位，儲能扣板及凸輪位置方向與500、504間隔不一致，輔助開關拉桿連接螺帽松動，分合閘線圈正常。

二、缺陷處理情況

2.1經初步分析高云變電站三臺斷路器系同一廠家、同一時間、同一批次產品，查詢設備運行記錄發現504斷路器有同類性缺陷，發生該故障的主要原因系合閘彈簧預壓力發生改變所致。3月25日變電站502、500、504斷路器停電檢修，對三臺斷路器操作機構合閘彈簧進行了更換，經調試斷路器回路電阻、機械特性及低電壓動作試驗合格。

2.2、現場試驗數據

三、故障原因分析

3.1斷路器合閘不到位分析

斷路器分合閘動作時，彈簧輸出操作功，通過傳動部件帶動滅弧室本體進行分合。當出現斷路器合閘不到位卡滯時，此時斷路器本體內滅弧室運動部件的質量并沒有發生變化，出現問題可能的原因：一是傳動環節阻力變大;二是合閘彈簧預壓量調整不當，預壓值較小，導致彈簧輸出力值較小，合閘操作時不足以使斷路器順利合閘。

產品廠內裝配時，各傳動環節按照工藝規范需涂抹適量的潤滑脂，產品供貨后，圖中“導桿傳動”“機構傳動”等位置長期暴露在空氣中，經長時間的靜置，導桿表面以及部分傳動軸銷連接件，會沾有一些灰沙粉塵等。同時，涂抹的潤滑脂存在粘滯和揮發特性，增大了內摩擦系數。這樣，在粘附雜質和摩擦系數的影響下，開關動作過程中可能會出現阻力增大的現象。

由于開關長期處于運行狀態，操作較少，長期靜置后有導致分合閘阻力增大的可能性，且第一次分合閘力矩有明顯偏大的可能性。

斷路器配備的 CT26 機構，其中分合閘彈簧分別置于各自的彈簧筒內，提前施加一個預緊力，用以調整分合閘彈簧輸出力值大小，預壓量分別如下圖1中 L1 和 L2 所示：

通過對分合閘彈簧預壓量的調整，使斷路器分合閘速度、時間符合技術要求。合閘彈簧預緊調整不當時，預壓余量較小，合閘阻力無變化時，短期內斷路器可正常進行分合動作。當傳動環節阻力變化時，可能由于合閘彈簧的預壓裕度較小，此時出現彈簧的預壓值與斷路器的合閘特性不匹配，嚴重時導致合閘不到位。

分閘彈簧的預壓調整也會影響斷路器合閘特性。CT26機構合閘操作功一般分為四個部分：a、帶動斷路器合閘操作;b、給分閘彈簧儲能;c、運動構件摩擦消耗;d、合閘緩沖器吸收的能量。

當分閘彈簧的預壓量調整較大時，斷路器合閘操作中，除克服摩擦阻力外，還需克服對分閘彈簧的預壓，由于分閘彈簧的調整不當，也極有可能造成合閘不到位。當傳動阻力增大，彈簧預壓量不足，合分閘速度下降超出技術要求時，運動系統末端動能發生改變，機構緩沖特性也會出現不匹配;此時增加彈簧預壓量，調節合分閘速度達到技術要求值后，機構緩沖特性才能恢復為與相應末端動能匹配。

3.2 電動不能分閘分析

①當機構合閘完成時，機構拐臂和合閘保持掣子扣接，合閘保持掣子和分閘掣子扣接，合閘狀態得到保持。同時分閘彈簧能量儲滿，以備后續的分閘操作。當機構接到分閘信號，分閘電磁鐵吸合，推動分閘掣子轉動，為合閘保持掣子讓開位置。這時候分閘彈簧能量釋放，拐臂在彈簧的拉動下進行分閘。

②當機構出現合閘不到位的異常時，凸輪和大拐臂擠住，大拐臂和掣子無法扣接，機構無法進行分閘動作。若對此時的機構施加分閘信號，由于機構無法分閘，分閘線圈長期帶電，會導致分閘線圈燒壞。

3.3 儲能指示異常分析

斷路器因合閘不到位，機構儲能凸輪與行程開關仍未脫離接觸，機構無法儲能。根據彈簧機構的儲能原理，在合閘不到位的情況下，即使行程開關接通，儲能電機轉動，也只能空轉，棘輪和棘爪無法接觸，無法實現儲能，最終燒毀電機。故出現合閘不到位的情況下，必然會出現儲能狀態異常。

3.4 機構彈簧性能分析

若彈簧性能在長期運行后發生了疲勞，導致彈簧力值減小，是有可能發生操作功不足，合閘不到位現象的。對該型產品所配彈簧進行了力學特性檢測，測量值如表1、2、3，測試的壓縮量對應關系見下圖2：

3.5、試驗數據分析：該批斷路器交接試驗日期為2015年11月，從上表中交接與檢修前后試驗數據及彈簧測試數據分析，三臺斷路器分、合閘時間，分、合閘速度均有明顯變化，其主要原因是分合閘彈簧傳動阻力增大，彈簧預壓量不足，分合閘速度下降，導致合閘不到位。

四、結論和防范措施

4.1結論

以上分析表明，某變電站110kV組合電器三臺斷路器新安裝調試合格后，短期內合閘阻力基本無變化，斷路器合閘特性不會發生明顯改變。隨設備投運時間的增加，傳動環節阻力增大，合閘彈簧預壓力發生變化，合閘特性受到阻力增大的影響，出現合閘速度降低導致機構合閘不到位。

4.2防范措施

（1）同類設備巡視時重點檢查項目

①查看斷路器分合指示是否與開關本體一致;

②查看后臺二次信號指示是否與開關本體實際狀態一致;

③查看儲能狀態是否正常;

④查看輔助開關拉桿是否正常。

（2）在停電檢修時對其它同型產品進行排查。通過實測預緊與特性數據的對比，判斷現場設備所配彈簧的調整或力值輸出是否符合技術要求。如有特性超差的，可通過調整彈簧預壓量予以消除，無法消除的更換彈簧。

排查方法：①對間隔斷路器進行機械特性測量，測試斷路器分合閘時間和速度是否符合技術要求，如有特性超差的，可通過調整彈簧預壓量予以消除，若無法消除的進行更換彈簧處理。②特性合格的，為進一步提高合閘操作功的裕度，需進行進一步驗證試驗，試驗方式為：將斷路器合閘彈簧的預壓量回退 5mm，再次進行特性試驗，查看此時斷路器是否可以正常進行分合閘，查看特性參數值是否符合技術要求值。如符合，將此合閘彈簧再壓緊 5mm（復原），此間隔排查完畢。通過此種驗證，預留 5mm合閘彈簧預壓量的操作功以克服由于長期運行不動作造成的合閘阻力增大。

（3）新設備投運時，嚴格按照設備的驗收標準把好旁站驗收關，旁站試驗項目需簽名確認。

參考文獻：

[1]徐國政，張節容，錢家驪，黃瑜瓏.高壓斷路器原理和應用[M].北京：清華大學出版社，2004

[2]周帆.高壓斷路器在線監測及故障診斷系統設計探討[J].電子元器件與信息技術.2020，4（10）

作者簡介：羅湘慈（1967-），男，漢，湖南慈利人，大專，高級工程師，主要研究方向：變電設備檢修。