VSK真空断路器操动机构可靠性浅析

郝伟伟

摘要：本研究是对VSK断路器操动机构动作的可靠性浅析，针对常出现的故障进行分析和处理，也是VSK断路器技术方面的积累。

关键词：真空断路器，弹簧操动机构，故障，拒合，拒分

1 引言

高压真空断路器作为电力系统运行中重要的控制设备和保护设备，由于无污染、体积小及优良的开断性能等特点，得到广泛应用。目前国内40.5kV及以下电流等级的断路器基本上以真空断路器配弹簧操作机构为主，因而操作机构的可靠性对于电力系统的安全、可靠运行至关重要。

2 弹簧机构工作原理及常见故障

目前，我公司生产VSK真空断路器以其卓越的机械和电气性能是我公司的主打产品，深受用户青睐。VSK-12系列真空断路器是在原VS1型产品的基础上，为进一步实现真空断路器的小型化、高可靠、免维护而全新设计的新一代改进型产品；其采用弹簧式操动机构，操动机构具有手动储能和电动储能两种储能方式，安装在断路器架体的机构箱内，机构箱分别装有操动机构的储能部分、传动部分、脱扣部分和缓冲部分；其采用固封极柱技术，主导电回路部分完全密闭，与外界环境隔离，极大的提高了断路器的外绝缘能力，完全避免了灭弧室上沿面闪络的可能，从而使断路器具有优异的抗污秽、抗潮湿、抗粉尘能力；其配有电动底盘车，可远程控制摇进、摇出；其外形设计为弧线形面板、插头放置在面板上面的塑料盒内比VS1外形更加漂亮美观。

本文就以VSK真空断路器的可靠性进行分析。

2.1 弹簧操动机构

弹簧操动机构是一种以弹簧作为储能元件的机械式操动机构。弹簧的储能借助电动机通过减速装置来完成，并经过锁扣系统保持在储能状态。开断时，锁扣借助磁力脱扣，弹簧释放能量，经过机械传递单元使触头运动。

弹簧操动机构结构简单，可靠性高，分合闸操作采用弹簧实现。储能电机给合闸弹簧储能，合闸时合闸弹簧的能量一部分用来合闸，另一部分用来给分闸弹簧储能。合闸弹簧一释放，储能电机立刻给其储能，储能时间不超过15s（储能电机采用交直流两用电机）。运行时分合闸弹簧均处于压缩状态，而分闸弹簧的释放有一独立的系统，与合闸弹簧没有关系。以我公司VSK弹簧操动机构为例讨论可靠性。

2.1.1 VSK弹簧操动机构动作原理

断路器合闸所需能量由弹簧储能机构供给，储能机构可以由外部电源驱动电机完成，也可以由手动储能把手储能.储能完成后，储能指示牌显示“已储能”.同时，储能切换开关切断储能电机电源，断路器处于待合闸状态.在合闸操作中，不论用手按下“合闸”按钮或远方操作使合闸电磁铁动作，均可使断路器合闸.合闸动作完成后，储能指示牌、储能切换开关复位，电机电源接通.电机再次储能.合闸指示牌显示“合”.辅助开关接点转换.在分闸操作中，不论用手按下“分闸”按钮或远方操作使分闸电磁铁动作，均可使断路器分闸，分闸动作完成后，分闸指示牌显示“分”.辅助开关接点转换.同时在分闸操作中，计数器自动进一位，可从面板观察窗看到相应的数字.合闸操作完成后，在断路器未分闸时，断路器将不能再次合闸.断路器合闸操作完成后，如合闸信号未及时去掉，断路器内部防跳控制回路，将切断合闸回路防止多次重合闸.手车断路器在未到实验位置或工作位置时，断路器不能合闸.

2.1.2、VSK弹簧操动机构故障分析

近年来，VSK真空断路器越来越普遍应用在电力系统中，随着运行时间的增长，断路器会出现异常现象，特别是断路器拒分、拒合严重影响系统的安全运行，因此，对其结构故障进行分析，对产品的可靠性进行改进是很有必要的。

2.1.2.1、合闸可靠性故障：拒合

这在设备生产调试过程中，经常遇到的情况。拒合包括

⑴合闸命令发出后合闸挚子并没脱扣而发生拒合故障，见图-2；

⑵弹操机构在合分储能时，断路器进行了一次未完整的合闸动作，灭弧室的动、静触头执行了未可靠的关合边又马上开断的合、分动作，整个过程为合分操作，容易发生事故。

造成拒合的原因较多，

⑴合闸挚子表面因磨损、生锈等原因使摩擦力增大，致使合闸挚子并没有可靠脱扣。这样还造成合闸线圈持续得电，致使线圈长时间带电而烧坏，见图-2；

⑵合闸铁芯吸合到底时，合闸挚子与凸轮轴保持滚轮之间打结太深，挚子与滚轮不能解扣，也会使线圈长时间带电而烧坏，见图-2；

⑶机构在实际运动过程中，由于转轴与轴承间、轴承与基架孔间的配合尺寸设计不合理.造成各转动部位的摩擦阻力矩剧增，使机构与半轴不能可靠扣接，甚至不扣接，见图-3；

⑷从脱扣机构的结构（即保持合闸结构）分析可以看出，半轴弹簧力量弱，半轴复位慢，机构轴件多，扣板及挚子的形状复杂，斷路器合闸保持挚子与半轴材质、工艺性差，精度难以保证，这些是造成运动能力低、脱扣动作不可靠的原因之一，见图-3；

⑸分闸顶杆调节螺栓锁母松动，造成在长期运行中，半轴扣合量改变，再加上断路器合闸时震动，影响合闸保持挚子可靠扣合；

⑹半轴与挚子扣合部位润滑油较多，接触面的表面粗糙度降低，影响扣合，见图-3；

⑺对保护回路进行检查分析，是否存在配合问题；核对保护动作装置（如合闸闭锁）是否动作，防止因接线异常或者保护装置启动，影响断路器合闸；

⑻手车未摇到试验或工作位置，合闸联锁板顶住合闸槽板上的胀销造成断路器无法操作，无法合闸；

⑼二次线路断线或辅助开关转换不到位，无法合闸；

⑽控制母线电压低，合闸线圈产生的冲击力就不够大，若这时机构又稍微有些动作不灵活，就不能释放弹簧能量，无法合闸，最后还会导致合闸线圈烧毁。

2.1.2.2、拒分

拒分是分闸命令发出后，分闸电磁铁动作而断路器还在合状态。

造成拒分的原因较多

⑴分闸二级挚子与半轴扣接量过大；

⑵分闸滚轮和分闸挚子表面有锈、灰尘等原因造成转动困难，使二者分离时摩擦力增大；

⑶分闸电磁铁卡滞、脱落、烧坏或分闸顶杆严重变形分闸时卡死。发生拒分故障后很容易造成分闸线圈的烧坏，从而造成严重的运行事故；

⑷分闸弯板螺钉是否松动，致使分闸半轴无法正确转动，出现拒分。

2.1.2.3、储能故障

VSK断路器出现储能不到位有以下几方面：

⑴离合器滑块不复位，使链轮无法驱动离合器，不能可靠储能；

⑵合闸簧尚未储能完毕，微动开关触点转换完成，切断了电机电源，电机储能不到位；

⑶合闸簧储能完毕，微动开关触点转换没有得到及时完成，或行程开关损坏，致使电机回路没有切断，储能电机不停运转。

3 提高动作可靠性的措施

3.1、解决拒合故障措施

⑴检修时给合闸挚子和滚轮加润滑油，对转轴和轴套、轴承之间加润滑油；

⑵通过调整偏心螺钉来调节合闸挚子与滚轮的扣接量；

⑶对合闸保持挚子、半轴扭簧和保持滚轮直径的合理设计，确保挚子材质、精度优良，扭簧力度合理，滚轮直径合适可靠，使其脱扣动作可靠；

⑷调整分闸挚子与半轴的扣接量为0.8-1.5，保证扣接可靠；

⑸检查合闸线圈是否卡滞或烧坏；

⑹检查保护装置（闭锁）是否动作或烧坏，检查小车位置是否正确，

⑺检查二次回路是否断线，辅助开关是否转换到位，或有没烧坏。

⑻保证合格的控制母线电压，加强直流系统的日常巡视，维护好蓄电池。同时，必须保证断路器的最低操作电压合格（合闸85%，分闸65%），主要还是操作机构的调整要适当，在每次开关检修后，均应作此试验，保证机构动作可靠。

3.2、解决拒分故障措施

⑴调整分闸挚子与半轴的扣接量为0.8-1.5，并在检修时及时调整扣接量；

⑵加强挚子半轴的硬度检测，减少挚子表面磨损，对挚子表面润滑减少摩擦；

⑶检查分闸线圈，电阻增加顶杆动能降低，脱扣能量不足，顶杆是否卡滞和变形，更换线圈。

3.3、解决储能故障的措施

⑴装配之前检查离合器滑块并加润滑油；确保滑块动作灵活，可靠复位；

⑵改进储能拐臂结构，将储能拐臂鍵槽延中心逆时针偏3度，经试验证明现在没有出现储能不到位；

⑶调整微动开关安装位置，实现电机准确断电。

3.4 结语

⑴在设计方面优化设计结构，提高零部件的精度，提高相对配合零部件的合理配合；

⑵由于真空断路器的机构在线监测仍无成熟的手段，所以在日常运行、维护、检修要加强真空断路器整体结构性能的了解，不断积累经验，发现问题，及时处理；

⑶VSK机构改进设计，增加自有脱扣功能。

参考文献：

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[2]谭蓉，姜琪.高压真空断路器弹簧操动机构的设计[J].甘肃工业大学学报，2000，26（1）：36-40.

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