SF6斷路器拒合故障分析及處理

蔣 宜 杰， 王 賀

(雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610000)

SF6斷路器拒合故障分析及處理

蔣 宜 杰， 王 賀

(雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610000)

隨著電力系統的不斷發展，彈簧操作機構高壓斷路器得到了廣泛應用，斷路器拒合現象也時有發生，但是操作機構內部部件配合問題導致的斷路器拒合故障卻比較少見，本文通過對斷路器操作機構動作原理和內部元件深入分析，找到了導致彈簧操作機構SF6斷路器拒合的根本原因并提出了解決辦法，可為同類型設備故障檢修提供參考。

SF6斷路器；故障分析；故障現象；故障處理

0 引 言

SF6斷路器具有體積小、重量輕、開斷能力強、絕緣性能優良、維護量小等優點，在電力系統中得到了廣泛的應用。斷路器操作機構是直接影響著斷路器的分合閘操作的關鍵部件，其可靠性直接影響著斷路器的性能。目前電力系統中應用較多的斷路器操作機構類型有氣動操作機構、液壓彈簧操作機構、彈簧操作機構等類型。其中氣動和液壓彈簧操作機構主要依賴于進口，被用在大容量、高電壓等級的斷路器上。彈簧操作機構有電源容量小、結構簡單、體積小、維護簡單、價格便宜等特點，被廣泛應用于220 kV及以下開關站中[1]。

1 故障現象

該電站220 kV開關站型號為ZFW20-252，站內SF6斷路器額定電流有2 000 A和4 000 A兩種類型，斷路器采用彈簧操作機構，操作機構型號為CT30，由陜西某操作機構制造廠供貨，該操作機構在2014～2016年期間有數百臺的銷量。

在GIS開關站設備安裝調試期間，L32E間隔斷路器B相在多次“遠方”操作后，出現拒合現象，斷路器控制方式改為“現地”后，操作多次同樣出現拒合。

2 故障分析

對于彈簧機構的SF6斷路器不能合閘的原因主要有以下幾種：(1)合閘命令未到達合閘線圈；(2)合閘彈簧未儲能；(3)合閘線圈(電磁鐵)故障；(4)斷路器合閘完成后控制系統誤發出分閘信號；(5)操作機構內部配合問題[2]。

跟蹤斷路器合閘過程，拒合時斷路器操作機構并非不動，而是首先完成合閘動作，緊接著自行進行分閘動作。所以表面上看斷路器是拒合，但從整個過程看斷路器完成了一次合、分動作。因此，可以排除上述(1)～(3)故障原因，同時測試斷路器合閘過程中分閘線圈一直未得電，因此可以排除(4)故障原因。綜上所述，本次斷路器拒合故障應該為操作機構內部配合問題。

假設斷路器初始狀態為分閘狀態，合閘彈簧已儲能。合閘操作的動作流程如圖1所示。

圖1 斷路器合閘操作(合閘彈簧儲能狀態)

斷路器收到合閘命令，合閘線圈勵磁，合閘掣子頂部順時針動作，分閘保持掣子下移并與B銷分離，凸輪在合閘彈簧的拉動下逆時針旋轉并沖擊小拐臂，小拐臂沿拐臂軸順時針旋轉，分閘彈簧儲能。同時在合閘末期，凸輪提供約4%的過沖量，保持角度約15°，此時A銷擺過合閘保持掣子的保持部分，合閘保持掣子在復位彈簧的作用下，逆時針轉動在A銷上，合閘保持掣子底部滾子沿分閘掣子上斜面滑落出去，分閘掣子在復位彈簧的作用下順時針轉動至鎖扣位置，此時合閘保持掣子底部滾子與分閘掣子下平面有0.5 mm的間隙，過沖的拐臂在分閘彈簧的作用下回擺，A銷作用在合閘保持掣子的保持部分的斜面上，由于作用力矩為順時針方向，推動合閘保持掣子順時針轉動，滾子壓在脫扣掣子的下平面上，合閘保持掣子不能繼續轉動，從而完成合閘保持，合閘操作完成。

假如此時儲能回路未通電，則操作機構各部件位置如圖2所示[3]。

圖2 斷路器合閘操作完成(合閘彈簧未儲能狀態)

從操作過程可以看出，斷路器操作機構合閘保持是一個動態響應過程，即拐臂過沖和回落時間必須大于合閘保持掣子恢復時間和脫扣掣子恢復時間之和，如若反之，就會出現拒合現象。

綜上所述，斷路器合閘后隨即分開，問題應該出在合閘保持環節上。拆除操作機構分閘掣子后發現，分閘掣子端面有明顯的磨損痕跡，如圖3所示，說明分閘掣子質量可能存在問題。

圖3 斷路器分閘掣子端部磨損

對故障斷路器分閘掣子進行尺寸測量，分閘掣子標準尺寸如圖4所示：

圖4 斷路器分閘掣子標準尺寸

測試結果表明分閘掣子兩個關鍵尺寸與說明書相比出現超差，如表1所示：

表1 斷路器分閘掣子尺寸測試記錄

對分閘掣子端部平面度進行測量，發現同樣存在超差，如表2所示：

表2 斷路器分閘掣子平面度測試記錄

綜上分析拒合現象產生的原因：

發生拒合的分閘掣子17±0.09 mm、100+0.15mm 尺寸超差，通過計算，超差直接造成1.6 mm直線鎖緊尺寸減少為1.4 mm(說明書要求的可靠鎖緊尺寸不小于1.5 mm)，從而導致分閘掣子端頭受不正當磨損，致使掣子端部平面度變差，在分閘脫扣掣子斷面形成球面狀態(有較明顯間隙)，當合閘后分閘掣子與滾子接觸時，在分閘掣子的徑向方向存在鎖緊力的一個分量，形成分閘掣子逆時針脫扣的力矩，加之分閘彈簧機構的震動及其本身所帶有的分散性，導致在合閘瞬間分閘脫扣掣子與滾子之間力的平衡不穩定產生了拒合現象。

3 故障處理

此次斷路器拒合故障雖然是個例，但是不排除同一批次設備也存在同樣的問題，為保證GIS設備的可靠運行，在處理故障斷路器問題時，非故障斷路器也需要重點檢查，具體處理方法如下：

(1)更換故障相分閘掣子，更換后斷路器進行分合閘操作30次，不應有拒合現象。

(2)結合GIS停電對所有的SF6斷路器操作機構進行檢查，用檢驗合格的分閘掣子更換操作機構原裝掣子，更換后斷路器進行分合閘操作30次，不應有拒合現象。

(3)檢查過程中發現，不論分閘掣子尺寸是否滿足要求，掣子頂部都會存在不同程度的磨損，只是尺寸超差的掣子頂部磨損較為嚴重，為確認分閘掣子本身材質是否問題，對故障分閘掣子的材質及硬度進行測試，測試結果滿足設計要求。為避免分閘掣子磨損再次出現斷路器拒合，將分閘掣子檢查作為定期檢修必檢項目。

(4)為滿足應急消缺，為每組斷路器準備一套檢驗合格的分閘掣子。

4 結 論

隨著電力系統的不斷發展，彈簧操作機構高壓斷路器得到了廣泛應用，斷路器拒合現象也時有發生，但是操作機構內部部件配合問題導致的斷路器拒合故障卻比較少見，本文通過對斷路器操作機構動作原理和內部元件深入分析，找到了導致彈簧操作機構SF6斷路器拒合的根本原因并提出了解決辦法，可為同類型設備故障檢修提供參考。

[1] 王仲攀,馬維棟. SF6斷路器彈簧操動機構故障分析及處理方法[J].科技信息,2010,(17):355-356.

[2] 潘曉杰. 彈簧操動型SF6斷路器的故障分析與處理[J]. 科技信息,2010,(29):741+724.

[3] ZFW20-252(L)/T3150-50型氣體絕緣金屬封閉開關設備用斷路器及彈簧操動機構安裝使用說明書[Z]. 新東北電氣(沈陽)高壓開關有限公司.

蔣宜杰(1985- )，男，甘肅蘭州人，華北電力大學電氣工程及其自動化專業，工程師，從事水電站電氣一次設備檢修、維護；

王 賀(1987- )，男，吉林四平人，東北電力大學電氣工程及其自動化專業，工程師，從事水電站電氣一次設備檢修、維護.

(責任編輯：卓政昌)

2017- 07- 25

TM561；TM762.2；U472.42

B

1001- 2184(2017)04- 0113- 03