一起35 kV真空斷路器推進機構位置行程開關失效分析與對策

楊建軍 李銳

摘 要：針對一起35 kV真空斷路器位置行程開關在配合開關柜二次回路時出現的位置信號短暫失效現象，深入分析原因，并提出解決方案。

關鍵詞：推進機構;試驗位置;工作位置;行程開關

0??? 引言

35 kV高壓真空斷路器由于體積及重量原因一般采用落地式結構，在配合高壓開關柜工作時，推進機構保證斷路器從試驗位置移動到工作位置。在機械方面，斷路器到達試驗位置或工作位置是通過推進機構的離合裝置離合狀態來判斷的;在電氣方面，斷路器是通過推進機構試驗位置行程開關或工作位置行程開關的觸點信號切換來判斷斷路器所處位置的。

1??? 失效分析

1.1??? 失效現象概述

2018年5月，某開關柜廠家反饋，35 kV斷路器在配合開關柜測試過程中出現工作位置行程開關信號工作不可靠現象。通過現場實際觀察，發現斷路器到達工作位置之后，由于慣性推進機構絲桿沒有立即停止工作，到絲桿出現離合狀態時，開關柜工作位置指示燈出現短暫的閃滅閃亮現象。

在斷路器實際配合開關柜操作過程中，現場通過推進機構離合時發出的“咔咔”聲以及開關柜面板指示燈來判斷推進機構是否到達預定的行程位置。由于工作位置信號會通過微機保護裝置送到后臺進行相關的邏輯判斷，因此，信號指示燈出現的短暫閃滅閃亮現象可能會導致微機保護的邏輯判斷錯誤。

1.2??? 失效原因分析

通過現場實際測試，發現斷路器處于試驗位置時，通過搖進手柄操作推進機構，在不斷的離合過程中，試驗位置指示燈顯示正常;但當斷路器處于工作位置時，通過搖進手柄操作推進機構，在不斷的離合過程中，開關柜面板工作位置指示燈出現閃滅閃亮的現象。進一步查看，發現試驗位置行程開關是通過推進機構的螺釘按壓行程開關彎板來實現行程開關觸點的切換，工作位置行程開關是通過推進機構絲桿下面的導向板上安裝塊的螺釘按壓行程開關彎板來實現行程開關觸點的切換。

初步分析，如圖1所示，由于推進機構的離合裝置銷釘沿離合軸套漸開線由最低點沿圓弧線緩慢上升到最高點后直接下降到最低點過程中，離合軸套連接的導向板上安裝塊調節螺釘由緊壓工作位置行程開關彎板到脫開行程開關彎板的過程中出現工作位置行程開關指示燈閃滅的現象。

進一步分析發現，推進機構在工作位置的離合過程中，斷路器到達工作位置的機械切換與工作位置行程開關的電氣切換不同步及不可靠是導致這一現象發生的原因，即斷路器通過推進機構達到工作位置后，要進一步確認斷路器是否處于工作位置。同時，在慣性作用下，推進機構絲桿的離合銷釘帶動離合軸套與其相連接的導向板在離合軸套的漸開線上沿弧線移動時，導向板上的安裝塊螺釘在按壓工作位置行程開關彎板過程中出現了行程開關觸點切換的不可靠，從而導致工作位置指示燈出現閃滅現象。

2??? 解決方案

2.1??? 方案設計

根據失效原因，工作位置指示燈出現閃滅現象主要是工作位置行程開關切換不可靠所致，直接加長安裝塊螺釘，可以可靠地按壓工作位置行程開關彎板，但是會出現行程開關極限按壓，導致行程開關觸點彈簧長期工作在極限壓力狀態下，從而影響行程開關的使用壽命;并且加長安裝塊螺釘會影響到推進機構的行程，推進機構行程等工作位置絲桿移動距離減去試驗位置絲桿距離，安裝塊螺釘加長會導致推進機構絲桿工作位置距離減小，從而進一步導致推進機構行程變小。

安裝塊螺釘長度不能加長，按壓工作位置行程開關必須可靠切換，并且按壓行程有一定的可變性，因此考慮使用彈簧解決該問題。通過使用相似的彈簧安裝，初步測試驗證方案的可行性，發現有一定的效果。方案設計過程如下：

（1）通過該型號行程開關的參數得知，行程開關從自然狀態到臨界工作狀態行程大約5 mm，從臨界工作狀態到極限狀態的行程大約8 mm，因此，行程開關的行程為5～13 mm，考慮到零件差異、安裝差異及其他誤差，行程開關需要的工作行程為6～10 mm。

（2）通過測力計測試行程開關的觸點切換壓力值大約1 N·m，安裝塊螺釘為M5，安裝塊厚度為14 mm，因此，彈簧中徑設計為10 mm，彈簧工作行程應不小于行程開關所需工作行程6～10 mm，選用目前常用的?1不銹鋼絲作為彈簧絲，根據彈簧的已知參數及以下計算公式[1-2]進行計算：

F=kx?????????????? （1）

k=Gd4/（8nD3）?? （2）

H0=nt+（n0-0.5）d??? （3）

式中：F為力值;k為彈性系數;x為形變量;G為材料鋼性模數;d為線徑;n為彈簧有效圈數;D為中徑;H0為彈簧總高度;t為節距;n0為彈簧總圈數。

由公式（1）計算出彈性系數k，再根據公式（2）理論上計算出彈簧的有效圈數n=4。將彈簧支撐圈數定義為1.5圈，最后根據公式（3）得出彈簧總高度H0與節距t的關系，相互之間調整參數并根據彈簧壓力值得出彈簧總高度H0與節距t的初步數值。

（3）根據計算數值初步設計彈簧。考慮到離合裝置漸開線高度差導致的彈簧工作行程損失，因此彈簧工作行程應大于等于離合裝置離合軸套漸開線高度。目前離合軸套漸開線高度為8～10 mm，而且這種小型彈簧，由于彈簧設計工作壓力值的限制及需要依靠調節安裝塊螺釘作為彈簧導向等原因，其工作行程不可能太大，基于安裝塊螺釘長度、離合軸套漸開線高度及行程開關所需的工作行程綜合考慮，設計彈簧總高度H0與節距t的數值。