一起220 kV GIS斷路器拒分故障的分析與處理

盧雨翔，熊一凡，王師奇

（國網(wǎng)江西省電力有限公司檢修分公司，江西南昌330096）

0 引言

隨著電力系統(tǒng)容量的不斷增加，江西省超高壓電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，斷路器在變電站的安全生產(chǎn)運(yùn)行中發(fā)揮著不可替代的重要作用[1]。本文結(jié)合一起某500 kV變電站220 kV母聯(lián)GIS斷路器（型號(hào)ZF11-252L）拒分故障的分析與處理，使得當(dāng)該類型斷路器發(fā)生拒分問題后能迅速處理該類型故障，減少停電事件，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

1 斷路器的主要作用

斷路器在500 kV變電站的安全運(yùn)行中起著重要作用，對于斷路器，主要有以下2個(gè)重要的作用：1）正常情況下接通和斷開高壓電路中的空載及負(fù)荷電流；2）在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)能與保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置相配合，迅速切斷故障電流，防止事故擴(kuò)大，從而保證系統(tǒng)安全運(yùn)行[2]。因此，當(dāng)斷路器發(fā)生拒分故障時(shí)，若此時(shí)出現(xiàn)故障，斷路器將無法有效、正確的隔離故障，這將導(dǎo)致故障范圍擴(kuò)大，繼續(xù)跳開上一級斷路器，嚴(yán)重時(shí)，可能造成主變跳閘、母線失壓的重大事故。

2 問題描述

當(dāng)進(jìn)行倒閘操作時(shí)，操作員下令斷開母聯(lián)開關(guān)，監(jiān)控機(jī)上顯示A相分位、B相合位、C相合位，現(xiàn)場檢查機(jī)構(gòu)位置與監(jiān)控機(jī)一致。打開機(jī)構(gòu)箱檢查后，發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)存在明顯的刺鼻味道，經(jīng)檢查，三相的合閘、主分、副分線圈外觀無明顯異常，分合閘線圈電阻均在93 Ω左右。控制回路出口電壓，正極對地電壓為113V，負(fù)極對地電壓為-112V，出口電壓正常。從智能控制柜再次對斷路器進(jìn)行分閘操作，A、B相分閘成功，C相再次拒分。

3 對斷路器拒分故障原因的分析與處理

3.1 機(jī)構(gòu)動(dòng)作原理

斷路器由本體（含滅弧室）、機(jī)構(gòu)箱、彈簧機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)連桿等結(jié)構(gòu)組成[1]。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 彈簧機(jī)構(gòu)斷路器布置示意圖

彈簧機(jī)構(gòu)主要分為電機(jī)儲(chǔ)能系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)，輸出軸系統(tǒng)，分合閘脫扣系統(tǒng)，合閘彈簧裝配和分閘彈簧裝配等部分。斷路器用彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要功能是帶動(dòng)本體實(shí)現(xiàn)合閘動(dòng)作、分閘動(dòng)作和重合閘動(dòng)作。彈簧機(jī)構(gòu)原始狀態(tài)處于分閘位置，合閘彈簧未儲(chǔ)能狀態(tài)，帶動(dòng)本體動(dòng)作原理如圖2。

圖2 彈簧機(jī)構(gòu)布置示意圖

儲(chǔ)能操作：在分閘位置，合閘彈簧未儲(chǔ)能狀態(tài)，當(dāng)斷路器合閘操作完畢時(shí)，限位開關(guān)將儲(chǔ)能電機(jī)接通，電機(jī)帶動(dòng)棘爪推動(dòng)棘輪旋轉(zhuǎn)，通過拉桿將合閘彈簧儲(chǔ)能，棘輪過死點(diǎn)后，在合閘彈簧力的作用下棘輪受到旋轉(zhuǎn)的力矩，但合閘脫扣器將棘輪上的合閘止位銷鎖住，從而將彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)保持在合閘預(yù)備狀態(tài)，如圖3、圖4。

圖3 分閘位置，合閘彈簧未儲(chǔ)能

圖4 分閘位置，合閘彈簧已儲(chǔ)能

合閘操作：彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)處于分閘位置且合閘彈簧已儲(chǔ)能。當(dāng)合閘電磁鐵受電動(dòng)作后，合閘脫扣器釋放棘輪上的合閘止位銷，從而在合閘彈簧的作用下，棘輪通過主軸帶動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)，凸輪又推動(dòng)主拐臂上的磙子，再帶動(dòng)主拐臂和通過拉桿帶動(dòng)傳動(dòng)拐臂旋轉(zhuǎn)，拐臂帶動(dòng)拉桿裝配和外拐臂向下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)絕緣拉桿，實(shí)現(xiàn)斷路器本體動(dòng)觸頭裝配和靜觸頭裝配的合閘，并對分閘彈簧儲(chǔ)能。當(dāng)斷路器合閘到位后，分閘脫扣器又將主拐臂上的分閘止位銷鎖住，從而保持?jǐn)嗦菲鞅倔w在合閘位置和分閘彈簧在壓縮儲(chǔ)能狀態(tài)，為下一次分閘準(zhǔn)備，如圖5、圖6。

圖5 合閘位置，合閘彈簧未儲(chǔ)能

圖6 合閘位置，合閘彈簧已儲(chǔ)能

分閘操作：彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)處于合閘位置并且分閘彈簧被壓縮儲(chǔ)能時(shí)，當(dāng)分閘電磁鐵受電動(dòng)作后，分閘脫扣器釋放主拐臂上的分閘止位銷，從而在分閘彈簧的作用下，傳動(dòng)拐臂通過拉桿帶動(dòng)主拐臂轉(zhuǎn)動(dòng)，拐臂帶動(dòng)拉桿裝配和外拐臂向上運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)絕緣拉桿，實(shí)現(xiàn)斷路器本體動(dòng)觸頭裝配和靜觸頭裝配的分閘，并由分閘彈簧的預(yù)壓縮力將其保持在分閘位置，如圖3。

3.2 原因分析

根據(jù)以上分閘原理介紹，開關(guān)在得到分閘指令時(shí)，電磁鐵受電，撞桿將一級分閘鎖閂打開，二級鎖扣系統(tǒng)受力平衡被打破，在分閘彈簧力作用下，分閘保持掣子將向右運(yùn)動(dòng)，主拐臂銷軸和軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，拐臂將轉(zhuǎn)動(dòng)使本體分閘，如圖7。

圖7 分閘脫扣結(jié)構(gòu)示意圖

現(xiàn)場反饋的情況，開關(guān)拒分后，B相在第二次電動(dòng)操作時(shí)分閘，C相電動(dòng)無法分閘，最終經(jīng)手動(dòng)操作后分閘。C相機(jī)構(gòu)分閘電磁鐵空程現(xiàn)場測量為3mm。結(jié)合以上分析，編制試驗(yàn)驗(yàn)證方案，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證、零部件檢測和脫扣力計(jì)算分析。具體如下：

3.2.1 操作試驗(yàn)驗(yàn)證分析

3.2.1.1 機(jī)構(gòu)電磁鐵空程、行程和線圈電阻進(jìn)行測量，測量結(jié)果均滿足技術(shù)要求，測量結(jié)果見表1。

表1 測量結(jié)果

3.2.1.2 模擬在額定操作電壓下對B、C相機(jī)構(gòu)進(jìn)行30次[3]分合閘試驗(yàn)，操作無異常。

3.2.1.3 將C相機(jī)構(gòu)分閘鎖閂處左右間隙調(diào)整至0.1 mm，在額定操作電壓下機(jī)構(gòu)能夠正常分合閘。

3.2.1.4 對機(jī)構(gòu)進(jìn)行低電壓動(dòng)作測試，分閘時(shí)最低動(dòng)作電壓為80V。

3.2.2 零部件檢測

經(jīng)過檢測，零部件基本滿足設(shè)計(jì)要求，不存在特別超差異常現(xiàn)象，經(jīng)過討論分析不是拒分發(fā)生的直接原因。

3.2.3 解體檢查

拆解ABC三相機(jī)構(gòu)分閘保持掣子，發(fā)現(xiàn)C相分閘保持掣子磙子有磨損，與其他部位有明顯不同，不光滑。設(shè)計(jì)要求粗糙度為0.8，實(shí)際查看A、B相機(jī)構(gòu)無此問題，且在現(xiàn)場分合幾十次，機(jī)構(gòu)動(dòng)作無異常，初步分析為裝配時(shí)磕碰所致，為個(gè)例，不影響機(jī)構(gòu)正常動(dòng)作。

3.2.4 脫扣力計(jì)算分析

根據(jù)機(jī)構(gòu)計(jì)量尺寸進(jìn)行脫扣力計(jì)算，對合閘狀態(tài)時(shí)分閘系統(tǒng)受力分析，由分閘彈簧力值推算分閘鎖閂脫扣力在150 N左右，脫扣力計(jì)算結(jié)果沒有問題。

3.2.5 零件檢查

進(jìn)一步檢查機(jī)構(gòu)情況，發(fā)現(xiàn)主拐臂銷軸軸承安裝孔存在磨損，有明顯印痕。由于機(jī)構(gòu)運(yùn)行半年左右，經(jīng)現(xiàn)場反饋信息，此處轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，一級鎖閂脫扣后，二級鎖扣直接脫扣沒有異常現(xiàn)象，理應(yīng)不是此處問題，且該設(shè)備已經(jīng)為主拐臂脫扣銷軸安裝孔進(jìn)行過升版，要求硬度提高到HRC45-50左右。但實(shí)際情況主拐臂銷軸軸承安裝孔已存在磨損，屬于異常狀態(tài)，異常狀態(tài)如圖8所示。

圖8 主拐臂安裝孔內(nèi)壁存在劃痕

隨后，我們對機(jī)構(gòu)異常動(dòng)作情況當(dāng)分閘鎖閂右端打開2mm保持在平衡狀態(tài)下進(jìn)行受力分析，當(dāng)二級脫扣系統(tǒng)存在0.3摩擦系數(shù)時(shí)，機(jī)構(gòu)能保證自平衡。而查閱資料，正常的鋼對鋼材質(zhì)摩擦系數(shù)在0.1～0.2之間。

4 結(jié)語

根據(jù)檢測計(jì)量和脫扣計(jì)算分析結(jié)果，本次220 kV斷路器機(jī)構(gòu)拒動(dòng)是由于機(jī)構(gòu)主拐臂脫扣銷軸安裝孔硬度不足，機(jī)構(gòu)多次動(dòng)作后安裝孔處磨損變形，導(dǎo)致分閘脫扣系統(tǒng)主拐臂銷軸與軸承間的摩擦系數(shù)增大超出正常值，造成機(jī)構(gòu)異常卡滯，出現(xiàn)拒分現(xiàn)象。根據(jù)上述分析，為了消除摩擦系數(shù)異常增大隱患，擬對現(xiàn)場斷路器彈簧機(jī)構(gòu)提出以下整改措施：

1）利用停電檢修時(shí)間，對變電站內(nèi)全部斷路器產(chǎn)品機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)維護(hù)排查，避免因螺栓松動(dòng)、潤滑不良等原因造成機(jī)構(gòu)故障[4]；

2）對分閘電磁鐵間隙、分閘鎖閂軸系統(tǒng)裝配靈活程度進(jìn)行確認(rèn)，保證傳動(dòng)靈活[5]，滿足設(shè)計(jì)要求；

3）對變電站現(xiàn)場運(yùn)行產(chǎn)品軸承進(jìn)行更換，將不帶軸承外圈的軸承更換為帶外圈的軸承，增大受力面積，可以有效避免軸承安裝孔因硬度不足造成滾針軸承轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活的問題。