40.5kV C-GIS直動式接地開關用絲桿斷裂原因分析與整改措施

孫一帆

（特變電工云集電氣有限公司 湖南衡陽 421200）

40.5kV C-GIS設備因結構緊湊、占地面積小、免維護等符合設備運維單位需求的特點［1］，成為開關制造廠家的研究和生產的方向，目前40.5kV C-GIS 的生產廠家越來越多，但是技術水平參差不齊，造成了40.5kV C-GIS 結構不同，絲桿作為C-GIS 直動接地開關分合閘的關鍵元器件［2］，應用中設計人員未深入考慮實際工況、調試人員不認真等多方面的原因導致了該起C-GIS直動接地開關絲桿斷裂的故障。

1 現象描述

某變電站于2021年10月9日對35kV C-GIS 進行日常檢修，在對母線進行絕緣檢測時，發現一段母線電

阻為零，初步判定為母線接地，由于絕緣母線外表面觀察無接地點，所以只有打開C-GIS的母線接地氣箱，發現母線處于接地位置（如圖1），接地開關驅動絲桿斷裂（如圖2），操作接地機構時，無法將觸頭斷開，從而導致母線一直處于接地狀態。

圖1 方案圖

圖2 絲桿

2 直動接地開關工作原理與理論計算

2.1 工作原理

該接地開關的工作原理為通過機構驅動絲桿旋轉，使得動觸頭做直線運動［3］，完成由未接地狀態（如圖3）到接地狀態（如圖4）的動作［4］；接地分狀態則反之。

圖3 接地開關未接地狀態

圖4 接地開關接地狀態

2.2 理論計算和實際使用工況

接地開關的操作機構每次動作固定29圈，絲桿轉動1 圈動觸頭前進4mm，所以動觸頭的總行程為為116mm（29×4mm），其斷口距離為90mm，所以當動觸頭位于斷開位和接地位分別有14mm 和10mm 的運動余量（如圖3 和圖4），當動觸頭的初始位置遠大于24mm（10mm+14mm）時，其運動至接地極限位置時，若電機繼續動作，驅動絲桿會受到機構繼續運動而帶來的力；實際操作采用小于5N·m的力即可帶動三相動觸頭同時運動，所以三相絲桿所受到了力不會超過5N·m，通過對現場拆除的絲桿進行扭力試驗，絲桿滿足10N·m設計要求（如圖5）。

圖5 絲桿扭力試驗與結果

3 斷裂原因分析

（1）現場檢查操作機構的限位塊（如圖6）和行程開關（如圖7），未發現有移動的痕跡，排除機構自身存在缺陷。

圖6 機構限位塊

圖7 機構行程開關

（2）操作機構驅動絲桿帶動觸頭運動靈活，未發現運動卡滯現象，排除觸頭卡滯的缺陷。

（3）經落實，生產廠家該接地操作機構是在現場進行的安裝調試，調試人員存在未按要求進行調試的行為，現場管理處于失控狀態，造成了該故障。該臺C-GIS 安裝操作機構時，未將動觸頭的初始位置調試合理范圍內，即絲桿與機構配合位置不準確，使得接地操作機構在合閘操作時，動觸頭已到位，但是接地操作機構還未到位，限位塊（如圖6）和行程開關（如圖7）都未起作用［5］，接地操作機構繼續運動，使得動觸頭運動到極限位置，使驅動絲桿受到較大的扭力而斷掉，造成該起故障。

4 整改措施

（1）該變電站共涉及3 臺接地開關，3 臺C-GIS 全部重新更換新絲桿調試；為了增強原絲桿的薄弱部位，改為金屬材質（如圖8），新驅動絲桿可承受可超過35N·m 的扭力值（如圖9），遠超過10N·m 的設計要求［6］。（2）安排專業人員對該批接地開關進行調試，將接地開關的所有活動部件重新檢查和調整，并且安排專人檢驗，杜絕此類事件的發生。

圖8 改進型絲桿

圖9 改進型絲桿扭力試驗與結果

5 結論

通過對該起故障的分析和改進，進一步強調了裝配和管理的重要性，一根絲桿的問題就是整臺設備的故障，從以下幾方面加強管控，可減少甚至杜絕該類故障的發生。

（1）加強人員培訓，指定專人專責，特別是接地開關的安裝和調試流程：確認動觸頭的初始位置和操作機構處于分閘位置，再進行安裝；確認操作機構的機械和電氣限位準確；確認動觸頭的運動順暢無卡滯和位置準確。

（2）設置明顯的機構限位和位置指示標識，簡化需調試部件，減少人為原因所造成的調試不到位。

（3）所有關鍵件的安裝調試和試驗必須在工廠內完成，避免現場工作的不確定性。