110 kV断路器合后即分故障特性研究

程志万，赵现平，谭向宇，于虹，张恭源，彭兆裕，蒋雅婷

(1.云南电网公司电力研究院，昆明 650217；2.云南电网公司临沧供电局，云南 临沧 677000)

110 kV断路器合后即分故障特性研究

程志万1，赵现平2，谭向宇1，于虹1，张恭源1，彭兆裕1，蒋雅婷1

(1.云南电网公司电力研究院，昆明 650217；2.云南电网公司临沧供电局，云南 临沧 677000)

介绍通过对LW36型断路器检修状态合分操作均正常、送电时出现合后即分的故障进行分析和研究，得出了故障发生的原因主要是由于合闸时三相连杆与机构外拐臂发生直接碰撞造成的，并提出了高压断路器合后即分故障的检测方法及防范措施。

断路器；带电合闸；合后即分；防范措施

1 前言

高压断路器是电力系统中重要的开关设备，担负着控制和保护电路的任务[1-2]，高压断路器的拒动故障将影响电力系统的安全与稳定[3]。其中，拒动故障包括拒合和拒分，拒合是弹簧操动机构常见故障之一。弹簧操动机构的拒合故障，是指对处于分闸已储能状态的弹簧操动机构发出合闸操作指令后，机构不能完成合闸操作，或者机构不能进入合闸状态[4]。拒合情况，主要发生在合闸操作和重合闸[5]过程中。拒合故障危害性较大，例如在事故情况下要求紧急投入备用电源时，如果备用电源断路器拒绝合闸，则会扩大事故，给电网造成较大的损失[6]。断路器合后即分作为拒合的一种表现，原因多数情况应该在结构和保护装置方面，主要有：

1)二次回路有混线，合闸同时分闸回路有电；

2)分闸掣子扣入深度太浅，或扣入面变形，扣合不牢；

3)分闸掣子不受力时，复归间隙调得太大；

4)分闸掣子未复归[7]。

以下就云南地区发生的两起LW36-126型断路器合后即分故障，作进一步的分析和研究，指出其发生的原因。

2 现场试验和故障分析

云南地区某500 kV变电站两台主变低压侧无功补偿装置投切用35 kV断路器 (322、326断路器)在投运不到一个月的时间内先后出现带电合闸操作后立即无保护跳闸的现象。这两台断路器型号是LW36-126型断路器，为自能式断路器，主要优势是操作功较小[8]，采用的是CT30型弹簧操作机构，操作功可在2 400～4 200焦耳之间根据断路器输入功率要求任意调节，设计专用缓冲装置以减小分闸反弹和降低分合闸过程的噪声。操动机构分、合闸时间稳定，分散性小[8-9]。故障发生后，对322断路器开展了现场检查：外观检测、保护装置检测、断路器机构检测、对断路器静态分合闸检查，经以上检查，均未发现问题。考虑到每次合后即分故障均发生在由热备用转运行状态，对322断路器进行5次带电合闸操作，以排查断路器合后即分事故的最终原因，并对断路器分合闸线圈电压进行全程录波监测。前2次操作均合闸成功，第3次操作后发生合后即分故障，分闸线圈未动作，合闸线圈录波图形与正常合闸时录波图形一致。通过检查及试验检测，可以明确断路器机构内部机械原因是造成322断路器合后即分的根本原因。

3 故障特性分析

带电合闸与检修状态下合闸的区别是存在关合电流的阻力及触头间预击穿后产生的气体压力[11]影响，但该影响是在断路器产品设计时考虑范围内的。因此，出现这种情况，推断操作机构操作功与检修状态下所消耗的操作功快接近一个平衡状态，但仍大于所消耗的操作功，此时能保证合闸正常。带电操作时，额外增加了关合电流和气压的阻力，就与操作机构的操作功相当，导致出现合后即分的现象。说明该断路器在合闸过程中，除了分闸弹簧、动触头、气缸和转动连杆的阻力消耗了操作功以外，还存在其它方面消耗了部分操作功，为了查找根本原因，对断路器进行机械特性检测非常有必要。在此，拿出其中一台 (322)断路器开展故障特性分析。

3.1 322断路器机械特性试验

对322断路器分合闸速度、时间、超程等参量进行了测试。试验数据如表1所示。

通过试验检测数据，可以明确断路器的各项参数均在厂家规定的范围之内。

表1 322断路器机械特性参量

3.2 断路器合闸弹簧不同位置动作特性试验

表2 322断路器合闸弹簧不同位置时的速度特性

对322断路器操作机构合闸弹簧底部的紧固螺栓进行了调整，将合闸弹簧的压缩量不断减小，并在不同位置进行机械特性试验，得到如表2所示的数据。

图1 合闸速度及合闸过冲量随合闸弹簧位置的变化

从表2及图1中可以看出，随着合闸弹簧位置的逐渐变大，合闸速度呈线性增加，但是当合闸弹簧位置达到34 mm后，其合闸过冲量几乎没变化。在此情况下，打开了断路器本体极柱底座横梁的中间盖板，在断路器合闸状态时测量外拐臂与相间水平连杆的间隙，有8 mm左右，如图4所示，与合闸过冲量8.44 mm有一定的重叠。检查断路器相间连杆，发现连杆处有几处磕碰的痕迹，连杆是铁质材质，多处磕碰痕迹反应了连杆被撞击的力量很大。

3.3 高速摄像机检测情况

由于断路器分合闸操作时速度非常快，运动部件的整个运动过程无法具体了解，因此利用PhantomV12.1高速摄像机对机构的所有机构运动部件进行了拍摄，该摄像机最高拍摄速度达到1 000 000帧，在HD分辨率1 280×720可以拍摄6 933帧。

3.3.1 操作机构分合闸掣子动作情况

对操作机构分合闸过程中两侧进行了拍摄，通过对录像进行研究分析，断路器合闸、分闸过程中，分合闸线圈、顶杆、分合闸触发器、掣子等动作均正常。

3.3.2 合闸过程中外拐臂运动情况

通过高速摄像机拍摄，可以很清晰看到外拐臂与相间水平连杆之间存在碰撞，这与之前检查到相间连杆处有磕碰痕迹是一致的，因此可以断定磕碰痕迹就是由于合闸过程中，外拐臂对相间连杆进行碰撞造成的。对该间隙进行了调整，增加了2 mm，使机构在正常合闸速度范围内外拐臂与相间水平连杆不会发生碰撞。

结合表2可以分析，在其它因素不变的情况下，随着合闸弹簧压缩量变大，合闸速度也会变大，过冲量也会越大。当合闸速度不超过2.43 m/s时，过冲量也比较小，合闸过程中外拐臂与相间拉杆没有发生碰撞，因此随着合闸速度的增加，过冲量也会增加。当合闸速度达到2.43 m/s时，过冲量已经超过了合闸状态时外拐臂与相间拉杆之间的间隙距离，受相间拉杆的阻碍，当合闸速度继续增加的时候，过冲量改变并不大。这与表2的数据是一致的。

322断路器在调整前，合闸速度为2.64 m/s，过冲量为8.44 mm，合闸过程中外拐臂已经与相间拉杆发生了碰撞，该碰撞导致合闸机构快速返回，该阻力再加上需克服分闸弹簧、动触头、气缸和转动连杆的阻力，与操作机构的动力达到了一个平衡，因此在检修状态下能够正常合闸。但是带电操作时，要克服关合电流和气压带来的阻力，已经超越了机构的承载能力，从而出现带负荷操作时机构合后即分的故障。

因此，断路器出现合后即分的故障是由于受到相间拉杆和关合电流、气压阻力的共同作用导致的，但关合电流和气压阻力影响应该在厂家产品设计时考虑范围内，故认为322断路器出现的带负荷合后即分的现象主要是由外拐臂与相间连杆碰撞造成的。

4 结束语

断路器经调整后，开展了相关的试验检测，数据均合格，并进行了五次带电合闸操作，均能正常合闸。通过这两起故障的调查，提出了一种基于高速摄像的装配安装判断方法，对机械方面的运动部件故障诊断起着非常有效的作用。同时，找到了弹簧操作机构合后即分的另一个重要原因，对此，需要加强现场安装调试的规范性，并做好相应的检测，尤其是断路器合闸过冲量与合闸状态时外拐臂和相间连杆的间隙配合是否存在问题，使调试后的断路器各项参数保持在最佳匹配状态，从而提高设备的稳定运行水平。

[1] 舒服华.高压断路器弹簧操动机构合闸弹簧可靠性分析[J].高压电器，2007，43(5)：368-373.

[2] 黄凌洁，王玮，吴振升，等.基于模糊理论的高压SF6断路器故障诊断模型的研究 [J].高压电器，2008，44 (3)：246-249.

[3] 刘杨名，江福官，顾爱斌.高压断路器拒动原因分析及解决方案 [J].高压电器，2012，48(2)：90-94.

[4] 赵本发.弹簧操动机构拒合故障的机械原因分析和排除[J].机电工程技术，2009，38(6)：136-137.

[5] 樊越甫，刘国辉，王军峰，等.一例500 kV断路器重合闸不成功情况分析 [J].高压电器，2012，48(4)：106-110.

[6] 苏天诺，周永光.CT19型弹簧操动机构拒动分析与处理 [J] .江西电力职业技术学院学报，2008，21(4)：29-31.

[7] 郭贤珊.高压开关设备生产运行实用技术 [M].北京：中国电力出版社，2006.

[8] 张文兵，高文，牟京卫.LW36-126型热膨胀式断路器设计和结构的探讨 [J].高压电器，2001，37(1)：17-31.

[9] 陈保伦，文亚宁.断路器弹簧操动机构介绍 [J].高压电器，2010，46(10)：75-80.

[10] 李兴华，陈新霞，刘小青.SRCT36-C型弹簧机构拒动原因分析 [J].高压电器，2011，47(9)：88-94.

Research on the Failure Characteristics of 110 kV Circuit Breaker under the Open after Close

CHENG Zhiwan1，ZHAO Xianping2，TAN Xiangyu1，YU Hong1，ZHANG Gongyuan1，PENG Zhaoyu1，JIANG Yating1
(1.Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 650217；2.Lincang Power Supply Bureau，Yunnan Power Grid，Lincang，Yunnan 677000)

By analyzing the failure of instant open after close for LW36 type circuit breaker which were normal in the maintenance of state，fault reasons was mainly due to the direct collision of three phase connecting rod and crank arm mechanism on closing.And the detection method and prevention method are proposed on the failure of circuit breaker under the open after close.

circuit breaker；closing circuit breaker to energized live part；open after close；preventive measures

TM56

B

1006-7345(2014)05-0107-03

2014-08-24

程志万 (1987)，男，学士，工程师，云南电力研究院，从事高电压与绝缘技术方面的试验、研究工作 (e-mail) 15887191368＠163.com。

赵现平 (1974)，男，高级工程师，云南电网公司临沧供电局。

谭向宇 (1981)，男，博士后，高级工程师，云南电力研究院，从事电气设备故障诊断方面的研究 (e-mail)2040464＠ 163.com。