一起斷路器連桿軸銷脫落導致分合閘事故的原因分析與處理措施

泰安泰山高壓開關有限公司 吳克彥 張焦春

GIS斷路器本體內部都會充入SF6氣體，統稱SF6斷路器，是通過一套完整的機械操作系統來帶動內部動觸頭的分合，通過觸頭的分合來開斷運行電流及故障電流。這一套設備機械操作裝置稱為操動機構，操動機構要想帶動內部動觸頭進行動作，則必須通過傳動部件來完成，這一傳動部件就稱為傳動連桿。當斷路器連桿軸銷脫落后會使斷路器本體無法進行正常的分合閘操作，進而導致電氣設備的損壞。

1 故障經過及檢查處理

2018年9月9日，一座110kV變電站在執行線路間隔斷路器運行轉熱備用時，出現了斷路器機構分閘后本體沒有斷開的故障，運行人員隨即對現場進行了詳細的檢查，發現該線路間隔斷路器本體和操作機構間連接的傳動連桿軸銷脫落。生產廠家立即召集技術、質量、工藝、生產和服務等部門的負責人進行緊急情況分析，由于此前從未遇到這種情況，所以一致決定立即安排專業技術人員盡快趕到現場進行檢查分析，找出故障原因并進行有針對性的處理。

2018年9月11日上午，生產廠家技術人員攜帶必要的備品備件趕到了變電站現場，在供電公司檢修人員的配合下，對該間隔斷路器機構進行了詳細的外觀檢查，由于供電公司檢修人員已將脫落的軸銷恢復到原位，所以斷路器機構和斷路器本體的位置都處于正常狀態，但軸銷上的卡圈消失且使用鐵絲進行了臨時固定，生產廠家技術人員又對其他間隔的斷路器進行了統一檢查，在檢查中又發現另一臺斷路器連桿的軸銷也已脫出，同時固定軸銷的卡圈消失。由于該站是正常的運行狀態，不具備全部更換傳動系統的條件，為盡快處理好該故障，生產廠家技術人員按照供電公司的要求，先將兩臺存在質量隱患的軸銷重新安裝卡圈。

2 動作原理

彈簧機構斷路器由斷路器本體（含滅弧室）、機構箱、彈簧機構、傳動連桿等元件組成，斷路器分合閘操作由機構輸出功通過傳動連桿作用在斷路器滅弧室實現。110kV GIS本體為三相共箱式結構，且共用一臺彈簧操動機構來實現開斷電流的操作[1]。彈簧機構主要分為電機儲能系統、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構的主要功能是帶動本體實現合閘動作、分閘動作和重合閘動作，同時還起到限位的作用，確保本體穩定的處于分閘狀態或是合閘狀態[2]。

合閘彈簧儲能：在分閘位置，合閘彈簧為儲能狀態，合閘彈簧儲能前其處于預被壓縮狀態，電機與棘爪軸通過一對齒輪相連接。當斷路器合閘操作完畢時，行程開關將儲能電機接通，通過拉桿將合閘彈簧儲能存儲能量時，機構的儲能電機通過帶動棘爪相互交替推動棘輪逆時針轉動，通過儲能棘輪上的軸銷及機構本體的傳動拉桿帶動合閘彈簧壓縮存儲能量，當棘輪上的軸銷通過轉動到達左側死點時，合閘彈簧帶動棘輪逆時針轉過，轉過角度大約為2°，在合閘彈簧力的作用下棘輪受到旋轉的力矩，但合閘脫扣器將棘輪上的合閘止位銷鎖住，從而完成儲能動作，通過儲能行程開關切斷電機電源，使棘爪與棘輪相脫離[3-5]。

合閘操作：合閘操作時斷路器機構會處于分閘狀態，同時合閘彈簧處于儲能狀態，分閘彈簧處于釋放狀態。當合閘電磁鐵受電動作后，合閘電磁鐵的動鐵芯也會瞬間吸合帶動合閘導桿撞擊合閘摯子順時針方向進行旋轉，同時釋放儲能保持摯子。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，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，拐臂帶動拉桿裝配和外拐臂向下運動推動絕緣拉桿，實現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，從而保持斷路器本體在合閘位置和分閘彈簧在壓縮儲能狀態，為下一次分閘準備。在控制電源斷開的情況下合閘操作也可通過手動撞擊合閘電磁鐵導桿來實現。合閘操作完成后行程開關輔助接點會自動接通，從而使儲能電機得電再次對合閘彈簧進行儲能[3-5]。

分閘操作：分閘操作時斷路器機構會處于合閘狀態，同時合閘彈簧與分閘彈簧均在儲能狀態。彈簧操動機構處于合閘位置且分閘彈簧被壓縮儲能時，當分閘電磁鐵受電動作后，分閘電磁鐵動鐵芯吸合帶動分閘導桿撞擊分閘摯子順時針方向進行旋轉，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，并由分閘彈簧的預壓縮力將其保持在分閘位置。在控制電源斷開的情況下分閘操作也可通過手動撞擊分閘電磁鐵導桿來實現[3-5]。

3 原因分析及糾正預防措施

生產廠家技術人員在現場檢查時做了如下論證：該間隔斷路器機構帶動本體進行了100次分合閘試驗，試驗完畢后對設備進行了機械特性測試，試驗數據均合格；分合閘試驗完成后對斷路器本體進行了回路電阻測試，試驗數據均合格。經以上論證可得出結論：該間隔斷路器本體及機構本體沒有設計缺陷和質量缺陷，出現問題的可能性只存在于傳動連桿這一部分。技術人員在現場檢查時發現該間隔斷路器機構與本體間使用的傳動連桿軸銷出現了脫落現象，更進一步檢查發現固定軸銷的卡圈消失，在對其他間隔進行排查時又發現另一臺斷路器機構連桿軸銷的卡圈消失，所以此次問題的出現肯定是由于固定軸銷的卡圈脫落所導致。

生產廠家針對在現場發生現象進行深入細致分析和技術論證復核后得出以下結論：該傳動方式和固定結構在技術設計上存在不足；軸銷出現脫落是由于固定軸銷的卡圈出現滑脫所致；卡圈滑脫的原因推論如下：

由于軸銷的安裝方式是朝向機構方向，也就是背對著安裝人員的位置，工人在安裝卡圈時很難看見安裝位置，所以基本上是靠感覺和用手觸摸來完成整個安裝工作，技術熟練的員工操作不會出現問題，但新員工可能就會出現卡圈卡不到位現象，且卡圈不到位在短時間內是不容易被發現的，因為在公司內做完試驗后都要對傳動部位進行外觀檢查。但經過長途運輸的顛簸后卡圈就會出現滑脫可能，卡圈滑脫后在一定時間內軸銷還會在原位置保持不動，在現場調試、試驗和投運過程中機構經過頻繁動作時軸銷會慢慢往外移動、但還沒有脫落，所以這就是為什么經過出廠試驗和現場試驗都沒有發現的原因，但在這次斷路器運行轉熱備用時剛好就出現了軸銷脫落的現象（圖1）。

圖1 背面卡圈固定方式

圖2 正面擋板結構

該問題的出現雖然是由于個別員工的操作不當造成的，但作為設備制造廠家來說絕不允許個別情況的發生，因此生產廠家有責任徹底消除該隱患的產生，并為此制定以下糾正預防措施：由于該處裝配困難，在車間操作員工的建議下對該處裝配改進了設計，已將背面卡圈固定方式取消，改成了正面擋板結構，徹底消除了操作不當造成的質量隱患（圖2）；生產廠家建議在供電公司條件允許的情況下，對該變電站的斷路器傳動結構進行升級更換，徹底杜絕該問題的再次發生；全面檢查設備斷路器傳動部位，杜絕出現設備隱患。