35kV GIS三工位開關拒動故障原因分析

施緯

（廈門軌道交通集團有限公司 福建省廈門市 361000）

隨著軌道交通行業蓬勃發展，電網建設不斷拓展，智能化變電所大量興起，對設備體積、穩定性、可靠性要求越來越高，氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）在變電所建設中被廣泛使用，為更適應小型化、穩定性的要求，GIS 開關柜將隔離開關、接地開關更換為三工位開關結構，三工位開關整合了隔離開關和接地開關兩者的功能，并由一把刀來完成，使其具備隔離開關合閘、隔離開關分閘、接地開關合閘、接地開關分閘的功能，能有效實現機械閉鎖，避免帶電合接地刀閘等誤操作的可能，使得GIS 運行可靠性得到極大的提升。

但由于三工位隔離開關、接地開關共用一個操作機構，使其配置了大量的齒輪、輔助開關、限位開關用于配合操作開關，讓其控制回路更加的復雜，一旦任何一個元器件發生故障，都可能造成三工位開關不正確動作甚至不動作。

筆者通過對ABB 中壓ZX2 型開關柜配置的三工位開關使用、運行中出現故障的分析，討論三工位開關操作機構出現問題的原因，并提出相應的改進建議。

1 三工位開關故障情況

1.1 三工位機構情況

ABB 廠ZX2 型開關柜三工位操作機構根據開關柜三工位安裝方式分為前母線式及后母線式2 種型號，由6 個塑料齒輪及其配套軸承、1 個銅齒輪、2 個鐵齒輪、4 個塑料底座的限位開關及鏈條組成傳動機構。

1.2 輔助開關故障

1.2.1 故障現象

檢修人員將1#整流變322 開關分閘后，在REF620 保護裝置上電動操作3221D 接地刀閘分閘，發現無法分閘；采用手動操作方式，將3221D接地刀閘分閘，成功。再次在保護裝置上進行電動操作，失??；改用手動操作，也失敗。三工位開關拒動。

1.2.2 故障原因

（1）三工位開關接地合閘位置輔助開關（BB58）斷裂（圖1），導致三工位接地開關無法電動合閘。

圖1：斷裂的輔助開關

該輔助開關底座為塑料材質，裝配時存在損傷，且檢修人員未對輔助開關進行檢查。當三工位開關在手動、電動操作時，三工位開關存在一定扭力及振動，對輔助開關產生振動，導致斷裂的產生。

（2）三工位開關接地分閘位置輔助開關（BB57）節點不通，導致三工位開關無法電動分閘。

從三工位接地開關電動操作二次圖可以看出，控制三工位接地開關分閘的輔助開關為常開狀態，現場測量輔助開關BB57 為常閉狀態，故三工位接地開關無法電動分閘?，F場判斷由于在電動合閘三工位接地開關過程中，輔助開關BB58 斷裂，導致三工位機構圓盤（位置跑偏，造成輔助開關BB57 狀態不對，無法電動分閘。

（3）三工位機構卡澀，導致無法手動操作。

由于輔助開關BB58 斷裂，導致輔助開關頂桿與三工位機構圓盤相互對頂，造成三工位操作機構跑位，三工位機構背后齒輪轉軸與背板孔洞相互卡滯（圖2），無法手動操作。

圖2：三工位機構

1.2.3 故障處理

更換輔助開關BB58，調整輔助開關BB57 位置后，并將操作機構拆卸，對鏈條、齒輪進行涂油處理，三工位開關能正常手動、電動操作。

1.3 齒輪軸承故障

1.3.1 故障現象

檢修人員在保護裝置上進行35kV 2#整流變3241D 接地刀閘分閘操作，三工位開關到位后，電機無法停止，仍持續工作，直至保護裝置顯示三工位開關處于隔離開關合位、面板指示燈指示隔離開關合位，但三工位開關機械指示處于無效位置。手動、電動均無法將3241 隔開分閘。

1.3.2 故障原因

（1）現場將三工位操作機構進行拆卸，發現其中間齒輪軸承存在斷裂現象。由于中間齒輪帶動的三工位機構圓盤，不能隨著電機運轉而旋轉，造成電氣指示顯示隔離開關已達合閘狀態，但機械指示仍處于無效狀態，驗證了現場初始狀態指示。

（2）圓盤上方存在2 個凸點，2 個凹槽，用于給三工位控制回路4 個不同狀態的輔助開關提供節點變位使用。在對三工位開關進行分接地操作過程中，當圓盤不能轉動時，造成其無法給控制回路的輔助開關提供節點變位，導致三工位開關接地開關分閘到位后，控制分接地的BB57 輔助開關節點未變位，電機電源未切斷，仍持續工作，將三工位開關轉動至隔離開關合閘位置，此時控制合隔離開關的BB16 輔助開關節點也未變位，仍無法將電機電源切斷，導致電機過熱燒損。

（3）現場測量三工位開關電機，電阻為4Ω，正常電機電阻為80Ω，判斷電機已燒毀。對電機進行拆卸，發現其線圈存在燒融現象，且將電機轉軸卡死，無法轉動。電機轉軸連接一個齒輪，固定在傳動鏈條上，當其卡死時，傳動鏈條無法被操作，驗證了無法手動操作的情況。同時電機燒毀，驗證了無法電動操作的情況。

1.3.3 故障處理

重新更換新的三工位操作機構、電機，并對輔助開關位置進行調整。

1.4 齒輪故障

1.4.1 故障現象

檢修人員進行2#配電變312 間隔三工位開關操作過程中，發現三工位機構存在異響，且整個操作機構抖動異常。

1.4.2 故障原因

將操作機構拆卸后，發現內部塑料齒輪存在斷齒現象，導致齒輪帶動鏈條時，發送空轉情況。

1.5 安裝板故障

1.5.1 故障現象

三工位信號回路輔助開關安裝板向柜內側變形彎曲。

1.5.2 故障原因

信號回路輔助開關安裝鈑金為3mm 鍍鋅板，裝配過程中經外觀檢查合格方可使用。依據現場鈑金變形方向判斷是機構受到了由上向下的外力導致鈑金變形。

1.6 驅動轉盤軸故障

1.6.1 故障現象

與輔助開關驅動轉盤鏈接的齒輪中心安裝孔破裂，轉盤卡死無法轉動。

1.6.2 故障原因

拆解過程發現，轉盤軸與鈑金孔卡在一起已經無法脫開，同時軸的表面有一層輕微的污穢，只能用錘子敲擊將二者分開。將軸清潔干凈進行尺寸測量，實測直徑符合設計要求。鈑金孔直徑實測同樣符合設計要求。鈑金孔內部未發現毛刺（機構已經操作很多次即便有毛刺也會被磨平），重新裝配后轉動自如，無卡死現象。

得出故障結論：機構在生產檢驗階段和安裝調試階段經過多次操作磨合未出現過此類故障，且將轉盤軸和鈑金孔清潔重新裝配未再發現卡死現象，推測可能有異常外力作用改變了機構的正常配合狀態或有異物夾在軸與孔的配合間隙內導致轉盤軸卡死。

2 故障原因分析

（1）結合以上故障可發現，故障問題為三工位機構采用的塑料材質元器件損壞造成。使用塑料材質的元器件可大幅降低操作機構的總體質量，降低齒輪接觸摩擦的聲音，但塑料材質的強度需要進行進一步確認。

（2）三工位操作機構固定方式為3 枚螺栓成三角形固定，集體固定在操作機構的左側。無論電動、手動操作三工位機構時，整個機構存在一定扭力，機構存在扭動的情況。

（3）三工位開關電機未設置保護功能，無過熱保護、時間保護等，當出現故障時，只能等電機燒毀才能終止。

（4）三工位手動操作位置在1.5 米左右，當手動操作桿插入時，無固定位置，造成人員進行手動操作時，整個操作桿在左右晃動，容易造成輔助開關損壞。

3 更改建議

（1）為降低塑料材質斷裂的風險，建議將三工位操作機構內的塑料齒輪、軸承更換為合金不銹鋼材質。合金不銹鋼材質硬度強，且質量輕。同時加強輔助開關底座材質的硬度，目前輔助開關底座已用2 條加強筋進行加固，但任然很脆弱，建議更換為鑄鐵材質。

（2）防止在操作過程中撞擊輔助開關的措施。

①建議在BB58 輔助開關與操作機構中間增加一片金屬防護罩。一方面防止手動操作時，操作把手直接撞擊BB58 輔助開關，一方面可以通過觀察金屬防護罩的外觀，存在撞擊痕跡時，及時對輔助開關進行檢查。

②建議對三工位開關操作手柄的限位裝置進行優化，將限位裝置進行縮小，縮小2‐3mm，使得操作時，限位裝置（圖3）與輔助開關BB58 有足夠的空間。

圖3：三工位操作手柄限位裝置

③制作三工位操作手柄固定支架，使得操作人員操作過程中，手柄有支架固定，避免出現左右晃動的情況。

（3）建議對三工位操作電機進行優化，增加電機過熱保護、時間保護，并設置整定值為10‐15s。當超過15s 時，電機自動切斷電源，停止運行，避免故障擴大。

（4）由于三工位機構操作時，存在抖動、扭動的現象，建議在三工位機構右側增加2 枚螺栓進行固定，共使用5 枚螺栓對機構進行固定，增加其穩定性。