斷路器彈簧操作機(jī)構(gòu)故障原因分析及解決策略

匡子靚

（國(guó)網(wǎng)大同市口泉供電公司，山西 大同 037008）

斷路器在系統(tǒng)中起接通和切斷電路的作用，由于操作頻繁，因此經(jīng)常出現(xiàn)一些故障。彈簧操作機(jī)構(gòu)故障是造成斷路器故障的主要因素，因此，降低彈簧操作機(jī)構(gòu)故障率可提高斷路器運(yùn)行可靠性，縮短線路停電時(shí)間。

1 彈簧操作機(jī)構(gòu)故障原因分析

為了確認(rèn)造成彈簧操作機(jī)構(gòu)故障的主要原因，對(duì)發(fā)生過(guò)此類(lèi)故障的斷路器進(jìn)行機(jī)械特性試驗(yàn)和機(jī)構(gòu)分解檢查。經(jīng)查，此類(lèi)故障集中發(fā)生在ZN12-10/630型號(hào)的戶(hù)內(nèi)高壓斷路器上。將故障原因按性質(zhì)分為5大類(lèi)11個(gè)因素，并進(jìn)行逐個(gè)分析，分析方法及操作過(guò)程如下。

1.1 操作機(jī)構(gòu)延時(shí)分閘

分閘線圈電磁力小、傳動(dòng)部件摩擦力大、鐵芯空程不夠都可能造成斷路器操作機(jī)構(gòu)延時(shí)分閘。各因素的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為：分閘線圈電磁力應(yīng)保證分閘迅速、無(wú)延遲，分閘聲清脆；傳動(dòng)軸銷(xiāo)潤(rùn)滑良好，活動(dòng)靈活；分閘鐵芯運(yùn)行空程符合（20±3）mm，且運(yùn)動(dòng)靈活，與銅套之間無(wú)卡澀。

在分閘時(shí)間試驗(yàn)中，加入80%的額定電壓，出現(xiàn)延時(shí)動(dòng)作的次數(shù)約占總試驗(yàn)次數(shù)的20%.典型試驗(yàn)波形如圖1所示。

從圖1中可以看出，斷路器的實(shí)際分閘時(shí)間為3.1 s左右，明顯超出標(biāo)準(zhǔn)值65 ms。

在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，分閘線圈動(dòng)鐵芯雖動(dòng)作，但不能立即撞開(kāi)脫扣件進(jìn)行“清脆分閘”，而是動(dòng)鐵芯吸附一段時(shí)間后才解脫分閘半軸進(jìn)行分閘。由此確認(rèn)，分閘線圈電磁力小是要因。試驗(yàn)中，實(shí)測(cè)分閘鐵芯運(yùn)行空程全部符合標(biāo)準(zhǔn)（20±3）mm，且鐵芯運(yùn)動(dòng)靈活，與銅套之間無(wú)卡澀，因此鐵芯空程小為非要因。表1為鐵芯空程測(cè)試數(shù)據(jù)。機(jī)構(gòu)解體檢查中發(fā)現(xiàn)，整個(gè)分閘過(guò)程，分閘彈簧從作用于主軸至傳動(dòng)到開(kāi)關(guān)導(dǎo)電桿共需經(jīng)過(guò)5個(gè)軸銷(xiāo)傳動(dòng)，經(jīng)檢查，各軸銷(xiāo)潤(rùn)滑良好，活動(dòng)靈活，因此傳動(dòng)部件摩擦力大為非要因。

圖1 斷路器延時(shí)分閘波形圖

表1 鐵芯空程測(cè)試數(shù)據(jù)

1.2 合閘過(guò)程中脫扣

扇形板與分閘半軸扣接面不夠，將造成合閘過(guò)程中脫扣，不能合閘。對(duì)故障率高的4臺(tái)35 kV斷路器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)這些彈簧機(jī)構(gòu)扇形板與半軸扣接面不夠，扣接量小于2 mm。而工藝標(biāo)準(zhǔn)值為2～4 mm，由此確認(rèn)，扇形板與半軸扣接面不夠是要因。表2為扇形板與半軸扣接量測(cè)量數(shù)據(jù)。

1.3 合閘線圈燒損

合閘回路未接入彈簧連鎖接點(diǎn)、中間繼電器接點(diǎn)黏結(jié)、操作電壓不合格都可能造成合閘線圈燒損。

現(xiàn)場(chǎng)檢查合閘回路接入彈簧連鎖接點(diǎn)，彈簧未儲(chǔ)能時(shí)接點(diǎn)應(yīng)可靠閉鎖合閘回路，因此合閘回路未接入彈簧連鎖接點(diǎn)為非要因。通過(guò)分析中間繼電器接點(diǎn)黏結(jié)故障次數(shù)，發(fā)現(xiàn)中間繼電器接點(diǎn)粘連引起合閘線圈燒壞共8次，占操作機(jī)構(gòu)故障數(shù)的57%，因此中間繼電器接點(diǎn)黏結(jié)為要因。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量操作電壓值，結(jié)果如表3所示。各斷路器操作電壓均在80%～110%額定電壓范圍內(nèi)，因此操作電壓不合格為非要因。

表2 扇形板與半軸扣接量測(cè)量數(shù)據(jù)

表3 斷路器操作電壓測(cè)試數(shù)據(jù)

1.4 操作機(jī)構(gòu)箱凝露

溫度控制器動(dòng)作不可靠、電熱管質(zhì)量不合格都可能造成操作機(jī)構(gòu)箱凝露。分析斷路器冬季溫控器動(dòng)作記錄及機(jī)構(gòu)箱內(nèi)各部件凝露情況，發(fā)現(xiàn)室外斷路器機(jī)構(gòu)箱溫控器正確動(dòng)作的臺(tái)數(shù)為24臺(tái)，不正確動(dòng)作的臺(tái)數(shù)為10臺(tái)，正確率僅為29%.溫度控制器不能自動(dòng)動(dòng)作，冬季溫度低時(shí)會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部件凝露，動(dòng)作受阻；溫度高時(shí)又會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)箱內(nèi)軸承及轉(zhuǎn)動(dòng)軸潤(rùn)滑脂受熱熔化流失，摩擦阻力增大，且可能由于機(jī)構(gòu)箱內(nèi)溫度過(guò)高危及運(yùn)行安全。對(duì)2017年冬季斷路器機(jī)構(gòu)箱凝露情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表4所示。由此可見(jiàn)，溫度控制器動(dòng)作不可靠為要因。

表4 溫度控制器動(dòng)作情況

表5 電熱管質(zhì)量檢查數(shù)據(jù)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)電熱管進(jìn)行導(dǎo)通測(cè)試。經(jīng)測(cè)試，各斷路器電熱管完好，工作正常。同時(shí)，分析2017年電熱管損壞情況記錄，可見(jiàn)電熱管的損壞率較低，可以滿足運(yùn)行要求，因此電熱管質(zhì)量不合格為非要因。表5為電熱管質(zhì)量檢查數(shù)據(jù)。

1.5 斷路器檢修質(zhì)量差

檢修人員數(shù)量、技術(shù)水平都會(huì)影響斷路器檢修質(zhì)量。目前，口泉供電公司檢修專(zhuān)業(yè)定員人數(shù)為6人，滿足定員要求。對(duì)修試班工作人員的技能資格進(jìn)行調(diào)查，有83%的檢修人員為高級(jí)工及以下職稱(chēng)，技能水平明顯不足。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員進(jìn)行彈簧機(jī)構(gòu)檢修工藝考問(wèn)，發(fā)現(xiàn)部分人員存在概念理解不清、操作要求不明確的現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，人員技術(shù)水平不足為要因。

通過(guò)以上試驗(yàn)，并結(jié)合分析論證，得出5條要因：分閘線圈電磁力小、扇形板與半軸扣接面不夠、中間繼電器接點(diǎn)黏結(jié)、溫度控制器動(dòng)作不可靠、檢修人員技術(shù)水平低。

2 降低彈簧操作機(jī)構(gòu)故障率的措施

2.1 更換分閘線圈

對(duì)問(wèn)題斷路器進(jìn)行更換分閘線圈工作。更換后的分閘線圈參數(shù)為直流220 V、電阻98 Ω、電流2.3 A，從而提高了分閘功率，增加了鐵芯沖擊力。同時(shí)，保證分閘線圈更換前后的絕緣電阻大于500 MΩ，鐵芯鈾套間無(wú)卡澀。

更換分閘線圈后，對(duì)斷路器進(jìn)行了分合閘時(shí)間、分合閘電壓試驗(yàn)。在多次試驗(yàn)中，斷路器分閘時(shí)間滿足小于65 ms的要求，未出現(xiàn)慢分及拒分現(xiàn)象。斷路器分閘線圈電磁力小、延時(shí)分閘問(wèn)題得到解決。

2.2 調(diào)整扇形板與半軸扣接面

按照工藝要求，扣接面應(yīng)在2～4 mm范圍內(nèi)。對(duì)新榮變電站3243、3241、3244斷路器和甘莊站307斷路器操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分合閘試驗(yàn)。以上4臺(tái)斷路器的試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 斷路器分合閘試驗(yàn)情況

2.3 改變合閘回路彈簧未儲(chǔ)能閉鎖回路設(shè)計(jì)

中間繼電器ZJ在原設(shè)計(jì)中起著合閘回路閉鎖、啟動(dòng)儲(chǔ)能電機(jī)、綜自遙信輸入等作用，設(shè)計(jì)復(fù)雜且與合閘回路配合存在很多缺陷。

通過(guò)改造，中間繼電器ZJ只發(fā)揮綜自遙信輸入功能，啟動(dòng)儲(chǔ)能電機(jī)及合閘回路閉鎖用彈簧接點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

改造后的電路從電氣原理上避免了燒壞中間繼電器、造成接點(diǎn)粘連的可能。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)傳動(dòng)試驗(yàn)，完全滿足合閘閉鎖、儲(chǔ)能電機(jī)動(dòng)作等要求。要因“中間繼電器接點(diǎn)黏結(jié)”得到解決。圖2和圖3分別為改造前、后原理圖。

2.4 更換溫度控制器為自動(dòng)凝露控制器

溫度控制器動(dòng)作不可靠，需更換為更加靈敏的自動(dòng)凝露控制器。經(jīng)查，原溫度控制器參數(shù)為：接通溫度-10℃，關(guān)斷溫度5℃，工作環(huán)境溫度要求-20～20℃。大同地區(qū)年極端最高氣溫一般在30～35℃，年極端最低氣溫一般在-23～-14℃，超出了控制器對(duì)工作環(huán)境溫度的要求，易導(dǎo)致溫度控制器動(dòng)作不可靠。

經(jīng)多次比較，決定選擇KWN-1A（TH）型凝露控制器，其參數(shù)為：接通溫度-10℃，關(guān)斷溫度0℃，工作環(huán)境溫度-30～50℃，能夠滿足機(jī)構(gòu)箱內(nèi)溫度要求。現(xiàn)場(chǎng)更換溫度控制器并密封機(jī)構(gòu)箱箱體，更換后凝露控制器自動(dòng)投切正確，機(jī)構(gòu)箱內(nèi)沒(méi)有發(fā)生凝露。要因“溫度控制器動(dòng)作不可靠”得到解決。

2.5 提高檢修人員技能

采用多種方式提高檢修人員技能。每周進(jìn)行一次生產(chǎn)人員考問(wèn)，每月進(jìn)行進(jìn)行一次技術(shù)問(wèn)答，強(qiáng)化人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)操作工藝的記憶。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作進(jìn)行故障排查練習(xí)，通過(guò)對(duì)操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行解體拆裝練習(xí)，增強(qiáng)檢修技能。同時(shí)，聘請(qǐng)專(zhuān)家技師對(duì)檢修人員進(jìn)行培訓(xùn)講課，強(qiáng)化人員的理論知識(shí)。通過(guò)強(qiáng)化培訓(xùn)，檢修人員的檢修技能得到了顯著提高。

3 實(shí)施效果

實(shí)行以上措施后，斷路器發(fā)生彈簧操作機(jī)構(gòu)故障次數(shù)僅為1次，同比下降了13次，成功地解決了操作機(jī)構(gòu)故障率高的問(wèn)題。通過(guò)上述辦法，斷路器故障率明顯下降，減少了線路停電時(shí)間，降低了用戶(hù)因停電造成的損失，提高了供電可靠性。

圖2 改造前原理圖

圖3 改造后原理圖