淺析框架式斷路器故障案例及其維護(hù)策略

摘要：介紹了框架式斷路器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用場景，并結(jié)合實(shí)際案例對框架式斷路器的常見故障進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了框架式斷路器的基本維護(hù)策略。

關(guān)鍵詞：框架式斷路器;案例分析;維護(hù)檢修

0 引言

目前常見的低壓斷路器按照結(jié)構(gòu)型式，可分為塑殼斷路器、框架式斷路器兩大類，分別適用于不同的應(yīng)用場景。其中，框架式斷路器相對來說具有更高的運(yùn)行可靠性，能承載、分?jǐn)喔蟮呢?fù)載電流，配合相應(yīng)的綜保裝置亦可以精準(zhǔn)切斷異常回路，保證用電可靠性，故而框架式斷路器在大電流的場景中有著廣泛應(yīng)用。

1 框架式斷路器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

框架式斷路器作為一種機(jī)械式開關(guān)電氣設(shè)備，其基本功能是能接通、分?jǐn)唷㈤L時(shí)間承載正常負(fù)載回路的電流，同時(shí)能可靠分?jǐn)噙^載、短路等異常情況下的電流。不同生產(chǎn)廠家或不同型號的框架式斷路器雖然在外觀形態(tài)和保護(hù)功能上存在一定的差異，但其基本原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)都是一樣的。框架式斷路器儲能完成后，通過按動合閘機(jī)械按鈕或接通合閘線圈回路皆可推動合閘機(jī)構(gòu)的操作連桿，從而帶動合閘機(jī)構(gòu)動作，完成合閘動作。在合閘動作完成的過程中，儲能機(jī)構(gòu)會同步將一部分機(jī)械能儲存到分閘機(jī)構(gòu)的主彈簧上，滿足分閘機(jī)構(gòu)的動作需求。斷路器在合閘狀態(tài)時(shí)，分閘機(jī)構(gòu)的主彈簧必然是已儲能的狀態(tài)，只要按動分閘機(jī)械按鈕或接通分閘線圈回路，就能可靠地推動分閘機(jī)構(gòu)的操作連桿，從而完成斷路器的分?jǐn)鄤幼鱗1]。

2 框架式斷路器故障案例分析

2.1? ? 案例經(jīng)過

某工作配電段干式變的低壓側(cè)電源開關(guān)為框架式斷路器，該段干式變停運(yùn)后擬進(jìn)行送電，將該框架式斷路器搖至試驗(yàn)位置時(shí)，斷路器本體上的二次端子動觸頭跟框架上二次端子靜觸頭相接，分合閘位置反饋、控制電源、操作回路等接通，柜門上的分閘指示燈亮起，同時(shí)電動儲能電機(jī)轉(zhuǎn)動進(jìn)行儲能。儲能完成后，觀察各部分指示正常，將開關(guān)切換至就地操作模式，在試驗(yàn)位置按合閘操作按鈕，斷路器正常合閘。接著按流程進(jìn)行分閘操作，按下分閘按鈕后，斷路器分閘，此時(shí)，在沒有任何就地或遠(yuǎn)程操作的情況下，斷路器自動合閘，又立刻分閘，且每一次電動儲能完成后就繼續(xù)合閘，進(jìn)入合閘—分閘—合閘—分閘的不斷循環(huán)，即便是已將開關(guān)切換至停止位，也不能停止斷路器的分合閘動作。故現(xiàn)場運(yùn)行人員迅速斷開控制電源，方才停止其自動分合閘。運(yùn)行人員確認(rèn)該斷路器在斷開控制電源后已無其他異常情況，將該斷路器從試驗(yàn)位置搖出到隔離位置。

2.2? ? 排查分析

本案例中的框架式斷路器型式為Emax-E4S，額定電流Ie=4 000 A，其所帶負(fù)載全部投入運(yùn)行時(shí)，負(fù)載電流約2 000 A。斷路器若在投入運(yùn)行的過程中出現(xiàn)反復(fù)合閘—分閘的情況，有可能造成設(shè)備永久性損壞，甚至危及人身安全，故必須徹底排查、分析該故障出現(xiàn)的原因，并從根源上解決問題。將斷路器移出到檢修位置后，針對自動分合閘現(xiàn)象，相應(yīng)地對其二次回路、機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查、試驗(yàn)、分析，結(jié)果如下：

（1）檢查框架式斷路器的二次操作回路，發(fā)現(xiàn)無論開關(guān)處于就地、遠(yuǎn)方模式還是停止模式，只要無人為操作，斷路器分合閘動作指令回路皆未接通。結(jié)合故障發(fā)生時(shí)，在斷路器出現(xiàn)自動分合閘的情況下，即便是將開關(guān)的操作模式切換至停止位亦不能中止其自動分合閘現(xiàn)象。故可以確定，并非是電氣二次操作回路接通導(dǎo)致該斷路器動作。

（2）拆下斷路器本體上分閘/合閘線圈，檢查其動作機(jī)構(gòu)是否靈活可靠。測驗(yàn)分閘/合閘線圈的彈簧力度正常，且在將各線圈中心的撞針用力拉到極限位置后，一松手即可靈活地回彈到位。經(jīng)過多次反復(fù)試驗(yàn)，各線圈都并未出現(xiàn)粘滯或卡澀的現(xiàn)象，各活動部件皆靈活可靠。故可以確定，并非是分閘/合閘線圈在通電動作后無法正常復(fù)位導(dǎo)致斷路器動作。

（3）檢查斷路器本體的主動作機(jī)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)牽引該斷路器主機(jī)構(gòu)進(jìn)行分合閘的操作連桿存在明顯的卡滯現(xiàn)象。將機(jī)構(gòu)合閘后，其合閘操作連桿在彈簧作用下僅能緩慢回彈，甚至無法完全回彈到位，出現(xiàn)了操作連桿一直處于動作狀態(tài)的現(xiàn)象。經(jīng)觀察，分合閘的操作連桿皆存在這個問題，因此出現(xiàn)開關(guān)每次儲能完成后，就立刻進(jìn)入合閘—分閘—合閘—分閘循環(huán)的現(xiàn)象。經(jīng)試驗(yàn)，只要在開關(guān)動作后，人為介入將操作連桿復(fù)位，斷路器便不會誤動作，不再出現(xiàn)反復(fù)分合閘的情況。至此，可以排除斷路器主體動作機(jī)構(gòu)故障的可能性，該斷路器故障正是由分閘/合閘的操作連桿卡滯引起的。

2.3? ? 解決方案

全面檢查該斷路器操作連桿的狀況，其相關(guān)部件皆未發(fā)現(xiàn)有斷裂或明顯的變形、磨損痕跡，但操作連桿左右兩端軸承處的油脂存在明顯的老化、發(fā)黑、變黏的情況。用潤滑噴劑沖洗連桿的軸承部位并進(jìn)行轉(zhuǎn)動，操作連桿的回彈速度顯著提升，再未出現(xiàn)斷路器誤動的情況。潤滑噴劑只能短時(shí)間內(nèi)有效解決軸承卡澀問題，故為從源頭上修復(fù)該斷路器操作連桿的油脂黏化問題，使用易溶油脂的機(jī)電清洗噴劑徹底將舊連桿軸承部位的舊油脂沖洗干凈，并全面檢查斷路器主體動作機(jī)構(gòu)上的其他轉(zhuǎn)動部位的活動能力。待清洗劑揮發(fā)干凈之后，在軸承處涂抹斷路器廠家維護(hù)方案上建議的28號潤滑脂，并多次轉(zhuǎn)動保證新油脂充分浸潤軸承內(nèi)外各部位。至此，該斷路器反復(fù)進(jìn)行分合閘的原因已經(jīng)查清并解決，把斷路器送入開關(guān)間隔，將其搖至試驗(yàn)位置，切換至就地模式，操作合閘/分閘皆正常，再未出現(xiàn)誤動現(xiàn)象。

2.4? ? 維護(hù)策略

（1）在上述案例中，框架式斷路器因?yàn)閮?nèi)部機(jī)構(gòu)油脂黏化，在無任何人為或外部因素的情況下，陷入合閘—分閘—合閘—分閘的惡性循環(huán)，可能導(dǎo)致本斷路器配套的線路保護(hù)型綜保裝置失效，起不到對線路的保護(hù)作用，極易造成重大設(shè)備損失，甚至有人身傷害的風(fēng)險(xiǎn)，必須予以重視。經(jīng)全面排查，多數(shù)框架式斷路器的合閘/分閘操作連桿存在不同程度的卡滯現(xiàn)象，即在操作后回彈速度較慢。雖然目前暫時(shí)不會有誤動作的情況，但隨著油脂進(jìn)一步受污染或老化變干，就有可能出現(xiàn)誤合或誤分，在電動儲能的情況下，更是會出現(xiàn)性質(zhì)較為惡劣的不斷自動分合閘現(xiàn)象。

（2）框架式斷路器作為一種低壓大電流開關(guān)設(shè)備，保證其安全可靠運(yùn)行是非常重要的。在對多個框架式斷路器進(jìn)行轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)全面檢查的過程中，除分合閘操作連桿存在卡滯現(xiàn)象外，還發(fā)現(xiàn)了以下問題：

1）部分?jǐn)嗦菲鳠o法進(jìn)行手動儲能。經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，無法進(jìn)行手動儲能的原因是手動儲能裝置的自鎖掛鉤已被長年累月積存的油污粘死，無法在彈簧的牽引下轉(zhuǎn)動，故而手動儲能失效。該自鎖掛鉤在框架式斷路器中所處的位置較深，被重重遮擋，難以看清設(shè)備狀況，故在以往的檢修維護(hù)中，對該自鎖掛鉤的清洗、潤滑等保養(yǎng)不夠徹底。

2）有一臺斷路器出現(xiàn)了一合即跳的現(xiàn)象，其合閘狀態(tài)無法保持。原因是合閘的過程中其合閘保持機(jī)構(gòu)未能靈活地跟轉(zhuǎn)，造成合閘狀態(tài)無法保持住。在清洗、潤滑合閘保持機(jī)構(gòu)之后，斷路器合閘、分閘皆正常，再未出現(xiàn)一合即跳的現(xiàn)象。

（3）斷路器內(nèi)部油脂變黏的原因，一般包括油脂本身質(zhì)量較差、長時(shí)間未更換的正常老化、灰塵或金屬粉末的污染等。為解決因潤滑油脂而引起的機(jī)構(gòu)卡滯問題，除了使用清洗劑徹底去除老化或已變質(zhì)的油脂外，更重要的是了解不同潤滑油脂的性能，并參考設(shè)備廠家維護(hù)意見，選擇與框架式斷路器本體機(jī)構(gòu)不同轉(zhuǎn)動部位最適配的油脂類型。

（4）框架式斷路器的常規(guī)檢修項(xiàng)目應(yīng)包括：徹底清除、擦凈斷路器本體內(nèi)的灰塵、污垢、舊油脂等，并給各個轉(zhuǎn)動部位涂抹潤滑脂，使其充分浸潤，防止缺乏油脂導(dǎo)致斷路器動作異常或磨損機(jī)構(gòu)。檢查斷路器絕緣部分有無發(fā)熱變色或放電痕跡等情況，打開滅弧罩檢查一次回路動靜觸頭位置有無明顯的發(fā)黑、燒蝕現(xiàn)象。觀察斷路器機(jī)械機(jī)構(gòu)部分的各個彈簧、卡簧、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)動部件等是否靈活可靠，有無明顯的形變、磨損、斷裂痕跡。測試分閘/合閘線圈機(jī)構(gòu)活動可靠，斷路器手動儲能正常，分合閘機(jī)構(gòu)無卡滯現(xiàn)象，主機(jī)構(gòu)動作到位。查看二次端子盒的動靜觸頭有無變形、斷裂或發(fā)黑等現(xiàn)象，并緊固二次端子的固定螺絲。最后還應(yīng)進(jìn)行修后電氣試驗(yàn)，包括開關(guān)特性試驗(yàn)、絕緣電阻、回路直阻等項(xiàng)目，并對照參數(shù)確認(rèn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格。

3 結(jié)語

綜上所述，在框架式斷路器的整個生命周期中，其機(jī)械性能和電氣特性會隨著使用年限和動作次數(shù)的增加而有一定程度的下降。然而也可以發(fā)現(xiàn)，斷路器的各零部件因機(jī)械故障而造成永久性損壞的概率較低，多數(shù)斷路器故障是由于維護(hù)的細(xì)節(jié)不到位。當(dāng)斷路器本體的個別機(jī)械結(jié)構(gòu)存在卡滯等隱患時(shí)，單純從修后的開關(guān)特性、回路直阻等電氣試驗(yàn)的數(shù)據(jù)上是難以發(fā)現(xiàn)的。因此，設(shè)備維護(hù)人員須對框架式斷路器的個別關(guān)鍵機(jī)構(gòu)進(jìn)行有效的深度維護(hù)，尤其應(yīng)注意合閘/分閘操作連桿以及手動儲能裝置的自鎖掛鉤須能在彈簧牽引下靈活可靠動作，回彈速度快且能正確到位，不得有卡滯現(xiàn)象。在細(xì)致維護(hù)的基礎(chǔ)上，對各個機(jī)械轉(zhuǎn)動部件的健康狀況做深入分析和全面總結(jié)，才能將檢修經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到框架式斷路器的日常預(yù)防性檢測、維護(hù)中[2]。

對于框架式斷路器等機(jī)電設(shè)備，唯有深入學(xué)習(xí)該產(chǎn)品廠家說明書、熟悉設(shè)備結(jié)構(gòu)和控制原理、詳實(shí)掌握維護(hù)檢修方案、不斷總結(jié)和記錄經(jīng)驗(yàn)，方得以最大限度地保證設(shè)備長期安全、穩(wěn)定運(yùn)行，避免因斷路器的原因造成負(fù)載停電甚至損壞設(shè)備等情況的發(fā)生。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 姬鵬帥.框架式斷路器常見故障處理[J].設(shè)備管理與維修，2016（1）：42.

[2] 孫曙光，張強(qiáng)，杜太行，等.基于灰色關(guān)聯(lián)度的框架式斷路器故障診斷方法[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2017，38（10）：2525-2535.

收稿日期：2021-08-09

作者簡介：姚曉廷（1994—），男，廣東汕頭人，助理工程師，主要從事火電廠電氣設(shè)備點(diǎn)檢工作。