高压开关操动机构辅助开关典型故障分析及处理

2020-09-15陈宏强

电气技术与经济 2020年4期

陈宏强陈旭

（西安西电高压开关操动机构有限责任公司）

0 引言

辅助开关作为高压开关的核心元件，安装于操动机构内部，输出开关装置的工作状态信号，起到控制和保护的作用，其质量直接影响高压开关的可靠性，因此有必要对辅助开关的典型故障问题进行分析与研究［1-4］。本文针对辅助开关弹跳、接触电阻增大、延时接点不切换三种典型故障问题，进行了具体分析，提出了解决方案，供同仁参考借鉴。

1 辅助开关典型故障

1.1 辅助开关弹跳

隔离开关刀闸机构操作分过程中，地刀状态报出“移动中-合-移动中-分”异常信号。正常信号应为“移动中-分”，在本次操作过程中出现“移动中-合”弹跳信号。该机构未操作状态下，偶尔出现“移动中”弹跳信号，如下表1。

表1

该电动操动机构采用F9型凸轮结构辅助开关，内部凸轮结构如图1（a）、图1（b）、图1（c）所示。辅助开关转动时带动中部凸轮旋转进行切换，实现信号的输出。

由于电动机构为低速运动，为了开断大电流控制回路，该型辅助开关增加了一套快速切换装置。装置通过扭簧储能，到位置快速释放的原理提高触头开断能力，快分结构如图2（a）、（b）、（c）所示。当机构从分闸位置向合闸位置动作时，辅助开关的中心轴1带动主动卡片2同步旋转，主动卡片2在旋转的过程中，压缩扭簧5进行储能，当中心轴1旋转到一定角度时，带动主动卡片的凸起“耳朵”与从动卡片3的“耳朵”相接触，到达触发位置。当从动卡片3被触发后，扭簧5迅速释放能量，推动从动卡片3继续旋转，同时带动触头旋转，实现分闸切换。

采用Labview软件及采集仪器对该辅助开关运动进行测试分析，发现该型辅助开关切换角度为65°～82°，“移动中”弹跳信号处于该区间。在快速切换时，由于辅助开关中心轴存在晃动现象，产生了瞬间电接触信号，持续几毫秒至十几毫秒，如图3所示。

为了消除上述现象，提高了辅助开关传动零件的精度，减少了转动中心轴的配合间隙，重新进行了多次测试，弹跳信号消失，如图4所示。

此外，带快速切换装置凸轮结构的辅助开关应考虑润滑油粘度，安装调试误差等因素给切换性能带来的不利影响，在制造过程中应进行重点控制。

1.2 接触电阻增大

某型号断路器用辅助开关出现电阻异常情况。该型号辅助开关为磁吹灭弧，时间常数20ms，分断能力为7.7A，控制回路电压为DC110V。对其进行解体检测，发现辅助开关动触点、静触点及绝缘隔板上存在电灼蚀现象，如图5所示。

采用恒流源法进行测量，将标准电阻和待测电阻串联于回路中，设定恒定电流0.09A，恒定电阻504.12Ω，对该辅助开关进行操作测试，结果见表2。

表2 接触电阻值

从表2可见，辅助开关分闸回路接触电阻值为0.75～3.05Ω，合闸回路接触电阻值为0.16～2.34Ω，平均值接触电阻为2.5Ω，大于正常接触电阻（小于100mΩ），接触电阻呈增大现象。进一步研究发现，户外环境产品，特别是处于潮湿、盐雾、粉尘等环境下运行的产品，辅助开关内部动静触点的电腐蚀程度较严重，触点表面存在灼烧及汽化附着物质，电阻有异常增大趋势。其中串接分合闸回路中的辅助开关接点，因开断电流大，拉弧时间长，触点电腐蚀相对严重；串接信号回路的接点，因开断电流小，电腐蚀相对较轻；处于直流回路且电压为DC110V的运行条件下，尤为严重，应引起重视。为解决该问题，应优化辅助开关接点灭弧结构、材料及表面处理工艺，提高辅助接点开断能力。推荐一种强化该辅助开关在分合操作回路中开断性能和可靠性的方法——采用辅助接点双并双串回路的接线方式，如图6所示。

1.3 延时接点不切换

某断路器（配液压碟簧机构）出现分闸不动作情况，检查发现辅助开关延时接点不切换。该辅助开关包含延时与常规两种接点，延时接点串联在分闸回路中，延迟与常规接点进行切换。该辅助开关延时装置与本文F9型辅助开关快分结构原理类似，不同之处在触片结构不同，如图7所示。当机构合闸时，活塞杆向上运动，带动传动拐臂、双头螺杆、辅助开关的中心轴顺时针旋转，中心轴带动辅助开关动触片旋转，实现接点接通或断开，反之亦然。

经分析发现，该辅助开关延时接点的机械触发角度为95±5°，中心轴的旋转角度为105°。解体故障辅助开关未发现卡滞现象，零件无缺陷。采用角度测量工具测试发现辅助开关中心轴旋转到105°位置时，延时触发装置未能触发，显示分闸回路的延时接点未接通。绘制运动简图分析，得出辅助开关在分闸位置的初始角度与延时接点的触发角度有关联，将触发角度提前，可以增加延时接点触发角度的裕度，提高切换可靠性。为增加触发角度裕度，进一步测试了该型号辅助开关中心轴转换角度，如表3所示。

表3 中心轴转换角度测量

从表3看出，辅助开关传动部分的双头螺杆调整至L3时，中心轴的起始旋转角度整体向分闸侧偏移2°，动触片转过刚通点角度为107°，增加2°裕度。另，此切换裕度兼顾了传动链其他运动特性不变。将辅助开关的螺杆按L3进行调节，分合操作6000次，未出现分闸不动作及延时节点不切换现象，辅助开关的接点均可以正常切换，如图8所示。