SF6断路器拒合故障分析及处理

2017-08-30蒋宜杰，王贺

四川水力发电 2017年4期

关键词：拐臂分闸滚子

蒋宜杰，王贺

(雅砻江流域水电开发有限公司，四川成都 610000)

SF6断路器拒合故障分析及处理

蒋宜杰，王贺

(雅砻江流域水电开发有限公司，四川成都 610000)

随着电力系统的不断发展，弹簧操作机构高压断路器得到了广泛应用，断路器拒合现象也时有发生，但是操作机构内部部件配合问题导致的断路器拒合故障却比较少见，本文通过对断路器操作机构动作原理和内部元件深入分析，找到了导致弹簧操作机构SF6断路器拒合的根本原因并提出了解决办法，可为同类型设备故障检修提供参考。

SF6断路器；故障分析；故障现象；故障处理

0 引言

SF6断路器具有体积小、重量轻、开断能力强、绝缘性能优良、维护量小等优点，在电力系统中得到了广泛的应用。断路器操作机构是直接影响着断路器的分合闸操作的关键部件，其可靠性直接影响着断路器的性能。目前电力系统中应用较多的断路器操作机构类型有气动操作机构、液压弹簧操作机构、弹簧操作机构等类型。其中气动和液压弹簧操作机构主要依赖于进口，被用在大容量、高电压等级的断路器上。弹簧操作机构有电源容量小、结构简单、体积小、维护简单、价格便宜等特点，被广泛应用于220 kV及以下开关站中[1]。

1 故障现象

该电站220 kV开关站型号为ZFW20-252，站内SF6断路器额定电流有2 000 A和4 000 A两种类型，断路器采用弹簧操作机构，操作机构型号为CT30，由陕西某操作机构制造厂供货，该操作机构在2014～2016年期间有数百台的销量。

在GIS开关站设备安装调试期间，L32E间隔断路器B相在多次“远方”操作后，出现拒合现象，断路器控制方式改为“现地”后，操作多次同样出现拒合。

2 故障分析

对于弹簧机构的SF6断路器不能合闸的原因主要有以下几种：(1)合闸命令未到达合闸线圈；(2)合闸弹簧未储能；(3)合闸线圈(电磁铁)故障；(4)断路器合闸完成后控制系统误发出分闸信号；(5)操作机构内部配合问题[2]。

跟踪断路器合闸过程，拒合时断路器操作机构并非不动，而是首先完成合闸动作，紧接着自行进行分闸动作。所以表面上看断路器是拒合，但从整个过程看断路器完成了一次合、分动作。因此，可以排除上述(1)～(3)故障原因，同时测试断路器合闸过程中分闸线圈一直未得电，因此可以排除(4)故障原因。综上所述，本次断路器拒合故障应该为操作机构内部配合问题。

假设断路器初始状态为分闸状态，合闸弹簧已储能。合闸操作的动作流程如图1所示。

图1 断路器合闸操作(合闸弹簧储能状态)

断路器收到合闸命令，合闸线圈励磁，合闸掣子顶部顺时针动作，分闸保持掣子下移并与B销分离，凸轮在合闸弹簧的拉动下逆时针旋转并冲击小拐臂，小拐臂沿拐臂轴顺时针旋转，分闸弹簧储能。同时在合闸末期，凸轮提供约4%的过冲量，保持角度约15°，此时A销摆过合闸保持掣子的保持部分，合闸保持掣子在复位弹簧的作用下，逆时针转动在A销上，合闸保持掣子底部滚子沿分闸掣子上斜面滑落出去，分闸掣子在复位弹簧的作用下顺时针转动至锁扣位置，此时合闸保持掣子底部滚子与分闸掣子下平面有0.5 mm的间隙，过冲的拐臂在分闸弹簧的作用下回摆，A销作用在合闸保持掣子的保持部分的斜面上，由于作用力矩为顺时针方向，推动合闸保持掣子顺时针转动，滚子压在脱扣掣子的下平面上，合闸保持掣子不能继续转动，从而完成合闸保持，合闸操作完成。

假如此时储能回路未通电，则操作机构各部件位置如图2所示[3]。

图2 断路器合闸操作完成(合闸弹簧未储能状态)

从操作过程可以看出，断路器操作机构合闸保持是一个动态响应过程，即拐臂过冲和回落时间必须大于合闸保持掣子恢复时间和脱扣掣子恢复时间之和，如若反之，就会出现拒合现象。

综上所述，断路器合闸后随即分开，问题应该出在合闸保持环节上。拆除操作机构分闸掣子后发现，分闸掣子端面有明显的磨损痕迹，如图3所示，说明分闸掣子质量可能存在问题。

图3 断路器分闸掣子端部磨损

对故障断路器分闸掣子进行尺寸测量，分闸掣子标准尺寸如图4所示：

图4 断路器分闸掣子标准尺寸

测试结果表明分闸掣子两个关键尺寸与说明书相比出现超差，如表1所示：

表1 断路器分闸掣子尺寸测试记录

对分闸掣子端部平面度进行测量，发现同样存在超差，如表2所示：

表2 断路器分闸掣子平面度测试记录

综上分析拒合现象产生的原因：

发生拒合的分闸掣子17±0.09 mm、100+0.15mm 尺寸超差，通过计算，超差直接造成1.6 mm直线锁紧尺寸减少为1.4 mm(说明书要求的可靠锁紧尺寸不小于1.5 mm)，从而导致分闸掣子端头受不正当磨损，致使掣子端部平面度变差，在分闸脱扣掣子断面形成球面状态(有较明显间隙)，当合闸后分闸掣子与滚子接触时，在分闸掣子的径向方向存在锁紧力的一个分量，形成分闸掣子逆时针脱扣的力矩，加之分闸弹簧机构的震动及其本身所带有的分散性，导致在合闸瞬间分闸脱扣掣子与滚子之间力的平衡不稳定产生了拒合现象。