VSK真空斷路器操動機構可靠性淺析

郝偉偉

摘要：本研究是對VSK斷路器操動機構動作的可靠性淺析，針對常出現的故障進行分析和處理，也是VSK斷路器技術方面的積累。

關鍵詞：真空斷路器，彈簧操動機構，故障，拒合，拒分

1 引言

高壓真空斷路器作為電力系統運行中重要的控制設備和保護設備，由于無污染、體積小及優良的開斷性能等特點，得到廣泛應用。目前國內40.5kV及以下電流等級的斷路器基本上以真空斷路器配彈簧操作機構為主，因而操作機構的可靠性對于電力系統的安全、可靠運行至關重要。

2 彈簧機構工作原理及常見故障

目前，我公司生產VSK真空斷路器以其卓越的機械和電氣性能是我公司的主打產品，深受用戶青睞。VSK-12系列真空斷路器是在原VS1型產品的基礎上，為進一步實現真空斷路器的小型化、高可靠、免維護而全新設計的新一代改進型產品；其采用彈簧式操動機構，操動機構具有手動儲能和電動儲能兩種儲能方式，安裝在斷路器架體的機構箱內，機構箱分別裝有操動機構的儲能部分、傳動部分、脫扣部分和緩沖部分；其采用固封極柱技術，主導電回路部分完全密閉，與外界環境隔離，極大的提高了斷路器的外絕緣能力，完全避免了滅弧室上沿面閃絡的可能，從而使斷路器具有優異的抗污穢、抗潮濕、抗粉塵能力；其配有電動底盤車，可遠程控制搖進、搖出；其外形設計為弧線形面板、插頭放置在面板上面的塑料盒內比VS1外形更加漂亮美觀。

本文就以VSK真空斷路器的可靠性進行分析。

2.1 彈簧操動機構

彈簧操動機構是一種以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。開斷時，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。

彈簧操動機構結構簡單，可靠性高，分合閘操作采用彈簧實現。儲能電機給合閘彈簧儲能，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，儲能時間不超過15s（儲能電機采用交直流兩用電機）。運行時分合閘彈簧均處于壓縮狀態，而分閘彈簧的釋放有一獨立的系統，與合閘彈簧沒有關系。以我公司VSK彈簧操動機構為例討論可靠性。

2.1.1 VSK彈簧操動機構動作原理

斷路器合閘所需能量由彈簧儲能機構供給，儲能機構可以由外部電源驅動電機完成，也可以由手動儲能把手儲能.儲能完成后，儲能指示牌顯示“已儲能”.同時，儲能切換開關切斷儲能電機電源，斷路器處于待合閘狀態.在合閘操作中，不論用手按下“合閘”按鈕或遠方操作使合閘電磁鐵動作，均可使斷路器合閘.合閘動作完成后，儲能指示牌、儲能切換開關復位，電機電源接通.電機再次儲能.合閘指示牌顯示“合”.輔助開關接點轉換.在分閘操作中，不論用手按下“分閘”按鈕或遠方操作使分閘電磁鐵動作，均可使斷路器分閘，分閘動作完成后，分閘指示牌顯示“分”.輔助開關接點轉換.同時在分閘操作中，計數器自動進一位，可從面板觀察窗看到相應的數字.合閘操作完成后，在斷路器未分閘時，斷路器將不能再次合閘.斷路器合閘操作完成后，如合閘信號未及時去掉，斷路器內部防跳控制回路，將切斷合閘回路防止多次重合閘.手車斷路器在未到實驗位置或工作位置時，斷路器不能合閘.

2.1.2、VSK彈簧操動機構故障分析

近年來，VSK真空斷路器越來越普遍應用在電力系統中，隨著運行時間的增長，斷路器會出現異常現象，特別是斷路器拒分、拒合嚴重影響系統的安全運行，因此，對其結構故障進行分析，對產品的可靠性進行改進是很有必要的。

2.1.2.1、合閘可靠性故障：拒合

這在設備生產調試過程中，經常遇到的情況。拒合包括

⑴合閘命令發出后合閘摯子并沒脫扣而發生拒合故障，見圖-2；

⑵彈操機構在合分儲能時，斷路器進行了一次未完整的合閘動作，滅弧室的動、靜觸頭執行了未可靠的關合邊又馬上開斷的合、分動作，整個過程為合分操作，容易發生事故。

造成拒合的原因較多，

⑴合閘摯子表面因磨損、生銹等原因使摩擦力增大，致使合閘摯子并沒有可靠脫扣。這樣還造成合閘線圈持續得電，致使線圈長時間帶電而燒壞，見圖-2；

⑵合閘鐵芯吸合到底時，合閘摯子與凸輪軸保持滾輪之間打結太深，摯子與滾輪不能解扣，也會使線圈長時間帶電而燒壞，見圖-2；

⑶機構在實際運動過程中，由于轉軸與軸承間、軸承與基架孔間的配合尺寸設計不合理.造成各轉動部位的摩擦阻力矩劇增，使機構與半軸不能可靠扣接，甚至不扣接，見圖-3；

⑷從脫扣機構的結構（即保持合閘結構）分析可以看出，半軸彈簧力量弱，半軸復位慢，機構軸件多，扣板及摯子的形狀復雜，斷路器合閘保持摯子與半軸材質、工藝性差，精度難以保證，這些是造成運動能力低、脫扣動作不可靠的原因之一，見圖-3；

⑸分閘頂桿調節螺栓鎖母松動，造成在長期運行中，半軸扣合量改變，再加上斷路器合閘時震動，影響合閘保持摯子可靠扣合；

⑹半軸與摯子扣合部位潤滑油較多，接觸面的表面粗糙度降低，影響扣合，見圖-3；

⑺對保護回路進行檢查分析，是否存在配合問題；核對保護動作裝置（如合閘閉鎖）是否動作，防止因接線異常或者保護裝置啟動，影響斷路器合閘；

⑻手車未搖到試驗或工作位置，合閘聯鎖板頂住合閘槽板上的脹銷造成斷路器無法操作，無法合閘；

⑼二次線路斷線或輔助開關轉換不到位，無法合閘；

⑽控制母線電壓低，合閘線圈產生的沖擊力就不夠大，若這時機構又稍微有些動作不靈活，就不能釋放彈簧能量，無法合閘，最后還會導致合閘線圈燒毀。

2.1.2.2、拒分

拒分是分閘命令發出后，分閘電磁鐵動作而斷路器還在合狀態。

造成拒分的原因較多

⑴分閘二級摯子與半軸扣接量過大；

⑵分閘滾輪和分閘摯子表面有銹、灰塵等原因造成轉動困難，使二者分離時摩擦力增大；

⑶分閘電磁鐵卡滯、脫落、燒壞或分閘頂桿嚴重變形分閘時卡死。發生拒分故障后很容易造成分閘線圈的燒壞，從而造成嚴重的運行事故；

⑷分閘彎板螺釘是否松動，致使分閘半軸無法正確轉動，出現拒分。

2.1.2.3、儲能故障

VSK斷路器出現儲能不到位有以下幾方面：

⑴離合器滑塊不復位，使鏈輪無法驅動離合器，不能可靠儲能；

⑵合閘簧尚未儲能完畢，微動開關觸點轉換完成，切斷了電機電源，電機儲能不到位；

⑶合閘簧儲能完畢，微動開關觸點轉換沒有得到及時完成，或行程開關損壞，致使電機回路沒有切斷，儲能電機不停運轉。

3 提高動作可靠性的措施

3.1、解決拒合故障措施

⑴檢修時給合閘摯子和滾輪加潤滑油，對轉軸和軸套、軸承之間加潤滑油；

⑵通過調整偏心螺釘來調節合閘摯子與滾輪的扣接量；

⑶對合閘保持摯子、半軸扭簧和保持滾輪直徑的合理設計，確保摯子材質、精度優良，扭簧力度合理，滾輪直徑合適可靠，使其脫扣動作可靠；

⑷調整分閘摯子與半軸的扣接量為0.8-1.5，保證扣接可靠；

⑸檢查合閘線圈是否卡滯或燒壞；

⑹檢查保護裝置（閉鎖）是否動作或燒壞，檢查小車位置是否正確，

⑺檢查二次回路是否斷線，輔助開關是否轉換到位，或有沒燒壞。

⑻保證合格的控制母線電壓，加強直流系統的日常巡視，維護好蓄電池。同時，必須保證斷路器的最低操作電壓合格（合閘85%，分閘65%），主要還是操作機構的調整要適當，在每次開關檢修后，均應作此試驗，保證機構動作可靠。

3.2、解決拒分故障措施

⑴調整分閘摯子與半軸的扣接量為0.8-1.5，并在檢修時及時調整扣接量；

⑵加強摯子半軸的硬度檢測，減少摯子表面磨損，對摯子表面潤滑減少摩擦；

⑶檢查分閘線圈，電阻增加頂桿動能降低，脫扣能量不足，頂桿是否卡滯和變形，更換線圈。

3.3、解決儲能故障的措施

⑴裝配之前檢查離合器滑塊并加潤滑油；確保滑塊動作靈活，可靠復位；

⑵改進儲能拐臂結構，將儲能拐臂鍵槽延中心逆時針偏3度，經試驗證明現在沒有出現儲能不到位；

⑶調整微動開關安裝位置，實現電機準確斷電。

3.4 結語

⑴在設計方面優化設計結構，提高零部件的精度，提高相對配合零部件的合理配合；

⑵由于真空斷路器的機構在線監測仍無成熟的手段，所以在日常運行、維護、檢修要加強真空斷路器整體結構性能的了解，不斷積累經驗，發現問題，及時處理；

⑶VSK機構改進設計，增加自有脫扣功能。

參考文獻：

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