主變開關操作機構凸輪和拐臂損傷事件分析

陳家殷

（國網新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北 唐山064309）

1 電廠概況

某電廠水庫面積550km2，水庫正常高水位261m，最大庫容108億m3；該電站三期工程是利用左岸泄洪洞（泄洪時不發電）安裝2臺機組，總裝機容量280MW。該電站合計裝機容量1002.5MW，年平均發電量19.68億kW·h。

某電廠水庫為多年調節水庫。工程由混凝土重力壩、溢流壩、壩后廠房、左岸泄洪洞防空洞及三期發電廠房組成，大壩按1000年一遇洪水設計，5000年一遇洪水校核，自建庫以來，效果顯著，對消減流域內洪峰以及沿江城市、廣大農村的防洪具有突出的作用。

2 事件經過

某電廠在對機組A級檢修前對主變高壓側開關2202進行檢查時發現操作機構拐臂有損傷。在與廠家技術溝通及采取必要的預控措施后，將該設備缺陷納入生產系統缺陷管控（缺陷等級：嚴重缺陷）。后經廠家出具“故障原因分析報告”鑒定為操作架構離合器故障（制造工藝不良），并出具《某電廠ZF9D-252 GIS 斷路器彈簧機構更換方案》，于2018年04月08日完成了該斷路器三相彈簧操作機構的整體更換，更換后的各項動作特性試驗數據均合格。

3 處理過程

問題出現后，該廠積極與網調溝通，將主變高壓側開關2202轉為檢修狀態；廠家人員現場檢查后，初步判斷為操作機構內離合器存在故障，導致拐臂損傷，暫不影響運行，待備件到后做更換處理。

操作機構備件到貨后，于2018年04月08日，廠家技術人員現場施工，完成了該主變高壓側開關2202三相操作機構的整體更換。

詳細處理過程如下：

（1）情況梳理：現場檢查分析為機構離合器制造質量不良、產品零部件不合格。

（2）問題排查：現場采用直觀法檢查，返廠后廠家采用試驗法驗證。

（3）確定故障點：經廠家出具“故障原因分析報告”鑒定為操作架構離合器故障（制造工藝不良）。

（4）處理步驟：2018年04月08日，操作機構備件到貨后，廠家技術人員現場對該主變高壓側開關2202三相操作機構進行了整體更換，各項動作特性試驗數據均合格。

更換作業步驟如下：

1）拆除機構箱前門、左右側板及頂板以備回裝使用；

2）拆除機構箱內電機、分合閘線圈、微動開關等二次接線；

3）拆除輔助開關裝置，拆除機構輸出拐臂與雙頭螺桿的軸銷，脫開斷路器本體與機構連接；

4）拆除分閘彈簧系統與拐臂的連接銷軸；

5）拆除機芯支座與機構箱之間的連接螺栓；

6）使用吊具配合移除機構；

7）安裝新的機構本體；

8）按照上述拆解步驟反順序依次回裝各拆解單元，完成機構回裝作業；

9）進行機構二次線檢查及校驗，確保接線端子接觸緊固良好、正確；

10）進行機構動作及機械特性試驗。

相關技術報告見表1。

表1 技術報告

由表1可知：

開關跳合閘線圈相間及對地絕緣電阻測量合格；

遠方入切及保護聯動開關試驗正確；

開關動作電壓試驗正確；

開關時間特性試驗合格。

4 原因分析

綜合現場實際情況認定：此次故障原因是離合器失效造成的。該站采用的是西安西電開關電氣有限公司生產的ZF9D-252型GIS產品，全站共5臺斷路器間隔，彈簧機構共計15臺。2018年1月17日，設備單位人員檢查發現斷路器機構內部凸輪有損傷（存在嚴重磨損）。為了尋找故障原因，設備廠家組織相關部門人員對返廠的機構進行了檢查，并在工裝上進行了相應的模擬，判斷離合器出現了故障后，對離合器進行了進一步的拆解，離合器失效，會造成彈簧操動機構合閘彈簧釋放后，驅動凸輪停止位置后退，這種情況出現后，若機構處于合閘狀態，合閘彈簧未儲能時進行分閘操作，輸出拐臂會非正常撞擊凸輪，嚴重時可能導致拐臂或凸輪損壞。如果離合器正常，分閘操作時輸出拐臂繞拐臂軸逆時針轉動，輸出拐臂與凸輪無干涉。離合器失效故障，驅動凸輪完成合閘動作后在正常位置回轉，這時如果進行分閘操作，輸出拐臂逆時針轉動就會與凸輪發生碰撞，嚴重時會導致凸輪損壞。對離合器解體后發現，其內部楔塊存在擠壓變形現象、彈簧斷裂，判斷該離合器楔塊材質強度不夠，在運動過程中擠壓變形后，受力不均勻，使得離合器輸出的力矩值不夠，無法完全阻止驅動凸輪的回轉，輸出拐臂會非正常撞擊凸輪，導致拐臂與凸輪磨損，嚴重時可能導致拐臂或凸輪損壞。

5 暴露的問題

通過分析，認定是該工程裝配的操作機構所配用的離合器存在質量問題，該離合器楔塊材質強度不夠，在運動過程中擠壓變形，離合器失效，無法完全阻止驅動凸輪的回轉，造成此次設備缺陷的發生。

6 防控措施

（1）鑒于該類設備故障在正常巡視時無法發現，本次結合機構整體更換施工，對開關機構箱體進行了改造，在開關機構箱體上部（機構主要部件正上方）增設安裝了巡視觀察窗，以便于隨時關注機構工況；

（2）加強設備運行中的巡視檢查；

（3）結合設備計劃性檢修，對設備進行周期性復查，發現異常及時處理。

7 結束語

本文針對某電廠主變高壓側開關三項操作機構凸輪和拐臂損傷事件進行分析，可以看出，原因是離合器失效造成的，針對此問題該電站立即組織相關生產人員研究、分析，采取相應對策，制定三項應對措施，對全廠同類設備嚴格排查、梳理，及時排除隱患，確保了機組的可靠運行。