35kV断路器机械特性不合格原因分析及防范措施

司帅帅

摘要：对弹簧操动型断路器在运行中分合闸速度不合格的情况进行分析，认为操作弹簧疲劳是导致分合闸速度不合格的主要原因，提出预防措施及建议。

关键词：35kV断路器；储能弹簧；弹簧疲劳

高压断路器是变电站的重要设备，担负着控制和保护电路的双重任务。当发生事故或需要进行操作时迅速动作，接通或切断电源，因而要求其有较高的可靠性。据国际大电网会议以及国内有关部门对断路器故障的统计，操动机构故障占断路器全部故障的一半以上。因此，加强运行断路器操动机构的检查和监督对保障断路器的正常工作乃至电网的安全运行具有重要意义。弹簧操动机构断路器中，操作弹簧作为断路器的操作动力对其运行性能及可靠性具有重要作用。由于弹簧在断路器中处于压缩或拉伸的变动载荷下工作，长期使用不可避免地会出现疲劳老化、变形甚至断裂现象。随着断路器服役年限的延长，其操作弹簧疲劳性问题将逐渐突出。

1断路器操动机构与操作弹簧概述

断路器的操动机构有多种型式，如弹簧操动机构、气动机构、液压机构、液压弹簧机构等。弹簧操动机构是一种以弹簧（碟形、扭杆、涡卷、圆柱螺旋等弹簧）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。分合操作时，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。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。操作弹簧就是弹簧操动机构的心脏部位，对其分合闸时间、速度等机械特性参数及可靠性具有重要影响。断路器的储能弹簧、行程、超程、油缓冲的行程、及压缩尺寸和分合闸绕组动作电压等参数都可能会影响到断路器的机械特性，特别是当机构输出功相对固定的时候，断路器内部各行程、超程等机械尺寸的调整与断路器的时间特性和速度特性的变化直接相关。在断路器机构可能存在操作功不足的情况下，盲目调整动触头起点位置，会导致调整断路器机械特性顾此失彼，可能造成灭弧室内部基本参数发生不可控变化，当灭弧室内部各关键尺寸超过产品设计要求范围时，断路器开断故障电流性能就会发生根本改变，所以要保证操动机构的储能弹簧有足够的操作功。但是弹簧在断路器中处于压缩或拉伸的变动载荷下工作，长期使用不可避免地会出现疲劳老化、变形甚至断裂现象。

2故障概况

2011年，在某变电站检修试验过程中，机械特性测试发现该站有9台35kV断路器分合闸速度不合格，均为国内某电力设备厂家2003年生产的配有弹簧操动机构的SF6断路器。断路器机械特性试验结果表明，分闸速度在1.5~1.8m/s，合闸速度在1.3~1.6m/s。产品技术标准参数见表1。针对这一情况，采取调整分合闸绕组动作电压、导电杆行程、操作弹簧拉伸长度（分合闸弹簧至最大值）及操动机构转动部位注油润滑等一系列措施，进行多次测试，测试结果依然不能满足要求。仔细检查发现分合闸弹簧的调整裕度非常小，弹簧表面氧化。

表1断路器标准参数

3原因分析

长期运行时，合闸弹簧处于储能状态，分闸弹簧处于拉伸位置，造成弹簧老化；弹簧预拉伸长度较大，造成弹簧弹力不足，缩短弹簧寿命；分、合闸速度在投入运行前试验，虽然在合格范围内，但由于分、合闸速度合格范围调整幅度较大，导致弹簧可能长期处于过度拉伸状态，加速弹簧疲劳。针对这一问题，工作人员联系生产厂家进行分合闸弹簧更换，厂家第一批提供分合闸弹簧与原分合闸弹簧外形一致，表面处理工艺有明显提高，更换后，分合闸弹簧需调整到最大值，刚能达到厂家要求最小值。考虑运行一段时间后，弹簧可能产生蠕变疲劳，将会没有调整裕度，要求厂家进行更换，第二批提供的分合闸弹簧明显加粗（弹簧对比照片见图1），更换后分合闸速度满足要求。

图1原分闸弹簧与各批次分闸弹簧对比

4预防措施

从目前断路器厂家提供的断路器资料查寻，没有开关厂家对自己生产的断路器，所配弹簧机构中的分、合闸弹簧使用周期、分断次数、断路器正常分合需要弹簧多大的弹力进行说明，特别是目前国家电网公司实行集中招标后，设备价格方面所占比重较大，造成开关生产厂家为节约成本，对相应的部件进行低价购买，造成整体部件质量较低，针对上述情况提出以下建议：a.严把设备入网关，要求厂家提供所配弹簧机构弹簧鉴定报告，明确分、合闸弹簧使用周期、分断次数、断路器正常分合需要弹簧多大的弹力。如条件具备，可对弹簧进行抽检，检查弹簧各种参数及成分是否合格。b.利用检修试验，加强机构的维护，加强对诸如轴销、轴承、齿轮、弹簧筒等转动和直动产生相互摩擦的地方润滑。c.加强对弹簧机构的分、合闸速度测试，了解分、合闸弹簧的疲劳程度，如果发现分合闸速度不合格应及时调节弹簧预拉长度或更换弹簧。d.对运行时间长的弹簧操动机构操作弹簧进行抽检，发现问题及早处理。

5结束语

弹簧操动机构断路器中，操作弹簧在断路器中处于压缩或拉伸的变动载荷下工作，随着断路器服役年限的延长，其操作弹簧疲劳影响断路器机械特性和开断能力问题将逐渐突出，加强入网设备操作弹簧的品质管控，强化对弹簧操动机构的检查维护，重点做好操作弹簧的监视、抽检工作，对电网安全可靠運行具有重要意义。

参考文献：

[1]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）：77－78.

[2]郭良超,宋超,刘宇,等.分合闸弹簧参数对高压断路器机械特性影响研究[J].电气时代,2018(8).

[3]蔡宝龙.高压断路器机械特性测试的要点及意义[J].电力系统装备,2018(1).

[4]李晓武,王立德,李俊堂,等.真空断路器机械特性调试方法研究[J].湖南电力,2018(3).