斷路器彈簧操作機構儲能異常分析與處理

徐仕林 王明江 朱一昕 晏慶豐

摘要：本文通過對一起±500kV某換流站交流濾波器小組斷路器分合閘過程中彈簧操作機構軸承斷裂導致儲能異常進行分析，結合現場拆卸觀察和返廠解體檢查，并在現場進行相關試驗，驗證了此次儲能異常的原因，并提出了相應的改進措施，從而為避免再次發生類似事故提供一定的指導作用。

關鍵詞：斷路器;彈簧機構;儲能異常

前言

在高壓直流輸電系統中，斷路器不僅能完成不同運行方式的轉換，發生故障時還能可靠地切斷故障電流，是電力系統中最重要的控制和保護設備。實際的運行經驗表明，斷路器的故障大多數都和其操作機構有關，同時操作機構也是斷路器比較容易出現問題的附件之一，表1為部分統計數據。而彈簧操作機構為斷路器的正常運行提供必需的動力，儲能電機作為彈簧操作機構的動力來源，它的穩定性和可靠性與否直接關系到斷路器能否正常工作。本文通過一起交流濾波器小組斷路器彈簧操作機構儲能異常的故障情況展開分析，對彈簧操作機構儲能電機的輸出特性提出適應性更強的新要求。

1 故障情況

±500kV某換流站561交流濾波器561斷路器B相在開展檢查斷路器分、合閘回路工作期間進行試分合試驗時，在斷路器完成合閘后彈簧機構儲能過程即將完成時出現異常聲響，檢查發現合閘緩沖器軸承斷裂，機構箱底部有金屬零件掉落，儲能后沖角出現超標（要求不大于120°即可見齒數不超過25齒）。

2 原因分析

故障斷路器彈簧操作機構采用西門子（杭州）產的3AP2-FI型斷路器FA5彈簧操作機構，其工作原理如圖1所示。機構在儲能過程中，儲能電機通過齒輪傳動裝置帶動頂桿轉動，頂桿推動儲能小凸輪逆時針轉動，當頂桿運動到頂部時由三角凸輪完成機械離合，隨后儲能限位開關動作，儲能結束。現場拆卸觀察除合閘緩沖器軸承有明顯斷裂痕跡外，機構箱鑄件殼體未出現可見裂紋，儲能電機運行正常。對故障機構開展返廠解體檢查：（1）儲能小凸輪尖角處發現有明顯磨損，曲柄凸輪反向運動時與合閘緩沖器軸承接觸面處也有明顯磨損痕跡;（2）合閘緩沖器軸承斷裂，鋁撥叉上表面有明顯磨損痕跡。結合現場拆卸觀察和返廠解體檢查，認為故障機構發生機構“反打”現象——當頂桿與儲能小凸輪嚙合不充分而提前滑脫時，曲柄凸輪在合閘彈簧作用力下將往回拉，合閘彈簧釋能同時造成機構“反打”，直接造成合閘彈簧操作功全部作用于固定在機構殼體上的合閘緩沖器軸承。機構“反打”的根本原因在于機構儲能過程中動能較大，導致頂桿與儲能小凸輪之間產生較大的過沖而無法可靠嚙合，進而發生提前機械離合現象，造成機構“反打”。

3 改進措施

衡量儲能過沖程度的標準為檢查機構后沖角度，即儲能結束時，由于電機自身慣性，儲能小凸輪仍會繼續向后轉動一個角度，示意圖如圖2所示。故障機構使用的是轉速隨轉矩的增加而下降速率很快的串勵電機，但儲能結束時電機處于空載或輕載運行，串勵電機依然存在很大的慣性，并保持較高轉速，有造成儲能后沖角度有超標的風險。而復勵電機的機械特性較串勵電機更軟，其功率輸出特性較為平穩，對電機儲能過沖的控制效果明顯，更有利于頂桿與小凸輪的可靠接觸，因此將原來的串勵電機更換為復勵電機，原串勵電機及現復勵電機參數特性如表2所示。并在現場針對斷路器儲能機構的機械特性（包括速度），低電壓動作特性進行多次試驗，試驗結果均合格。

4 結束語

通過對一起3AP2-FI型斷路器FA5彈簧操作機構儲能異常展開分析，當使用串勵電機的彈簧操作機構出現以下情況：（1）現場后沖角度檢查超過120°，即可見齒數超過25齒;（2）小凸輪尖角磨損;（3）曲柄凸輪反向運動時與合閘緩沖器軸承接觸面磨損;（4）合閘緩沖器軸承斷裂。本文筆者認為電機儲能過沖可能是主要原因，在滿足現場運行的技術要求下，建議將原來的串勵電機更換為復勵電機，可以有效規避彈簧操作機構后沖角度超標的風險。

參考文獻：

[1]西門子股份有限公司。西門子550kV 3AP2-FI型斷路器操作說明書，2017年。

[2]中國南方電網有限責任公司。500kV瓷柱式高壓交流六氟化硫斷路器技術規范，2011年。

[3]李發海，朱東起。電機學（第五版），2020年。

作者簡介：徐仕林（1994年12月），男，電氣助理工程師，從事換流站運行維護工作，云南電網有限責任公司楚雄供電局;

王明江（1995年5月），男，電氣助理工程師，從事換流站運行維護工作，云南電網有限責任公司楚雄供電局;

朱一昕（1994年10月），男，電氣助理工程師，從事換流站運行維護工作，云南電網有限責任公司楚雄供電局;

晏慶豐（1987），男，學士，工程師，云南電網有限責任公司楚雄供電局變電運行所，從事變電運行與維護方面的研究工作。