35kV GIS三工位开关拒动故障原因分析

施纬

（厦门轨道交通集团有限公司 福建省厦门市 361000）

随着轨道交通行业蓬勃发展，电网建设不断拓展，智能化变电所大量兴起，对设备体积、稳定性、可靠性要求越来越高，气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）在变电所建设中被广泛使用，为更适应小型化、稳定性的要求，GIS 开关柜将隔离开关、接地开关更换为三工位开关结构，三工位开关整合了隔离开关和接地开关两者的功能，并由一把刀来完成，使其具备隔离开关合闸、隔离开关分闸、接地开关合闸、接地开关分闸的功能，能有效实现机械闭锁，避免带电合接地刀闸等误操作的可能，使得GIS 运行可靠性得到极大的提升。

但由于三工位隔离开关、接地开关共用一个操作机构，使其配置了大量的齿轮、辅助开关、限位开关用于配合操作开关，让其控制回路更加的复杂，一旦任何一个元器件发生故障，都可能造成三工位开关不正确动作甚至不动作。

笔者通过对ABB 中压ZX2 型开关柜配置的三工位开关使用、运行中出现故障的分析，讨论三工位开关操作机构出现问题的原因，并提出相应的改进建议。

1 三工位开关故障情况

1.1 三工位机构情况

ABB 厂ZX2 型开关柜三工位操作机构根据开关柜三工位安装方式分为前母线式及后母线式2 种型号，由6 个塑料齿轮及其配套轴承、1 个铜齿轮、2 个铁齿轮、4 个塑料底座的限位开关及链条组成传动机构。

1.2 辅助开关故障

1.2.1 故障现象

检修人员将1#整流变322 开关分闸后，在REF620 保护装置上电动操作3221D 接地刀闸分闸，发现无法分闸；采用手动操作方式，将3221D接地刀闸分闸，成功。再次在保护装置上进行电动操作，失败；改用手动操作，也失败。三工位开关拒动。

1.2.2 故障原因

（1）三工位开关接地合闸位置辅助开关（BB58）断裂（图1），导致三工位接地开关无法电动合闸。

图1：断裂的辅助开关

该辅助开关底座为塑料材质，装配时存在损伤，且检修人员未对辅助开关进行检查。当三工位开关在手动、电动操作时，三工位开关存在一定扭力及振动，对辅助开关产生振动，导致断裂的产生。

（2）三工位开关接地分闸位置辅助开关（BB57）节点不通，导致三工位开关无法电动分闸。

从三工位接地开关电动操作二次图可以看出，控制三工位接地开关分闸的辅助开关为常开状态，现场测量辅助开关BB57 为常闭状态，故三工位接地开关无法电动分闸。现场判断由于在电动合闸三工位接地开关过程中，辅助开关BB58 断裂，导致三工位机构圆盘（位置跑偏，造成辅助开关BB57 状态不对，无法电动分闸。

（3）三工位机构卡涩，导致无法手动操作。

由于辅助开关BB58 断裂，导致辅助开关顶杆与三工位机构圆盘相互对顶，造成三工位操作机构跑位，三工位机构背后齿轮转轴与背板孔洞相互卡滞（图2），无法手动操作。

图2：三工位机构

1.2.3 故障处理

更换辅助开关BB58，调整辅助开关BB57 位置后，并将操作机构拆卸，对链条、齿轮进行涂油处理，三工位开关能正常手动、电动操作。

1.3 齿轮轴承故障

1.3.1 故障现象

检修人员在保护装置上进行35kV 2#整流变3241D 接地刀闸分闸操作，三工位开关到位后，电机无法停止，仍持续工作，直至保护装置显示三工位开关处于隔离开关合位、面板指示灯指示隔离开关合位，但三工位开关机械指示处于无效位置。手动、电动均无法将3241 隔开分闸。

1.3.2 故障原因

（1）现场将三工位操作机构进行拆卸，发现其中间齿轮轴承存在断裂现象。由于中间齿轮带动的三工位机构圆盘，不能随着电机运转而旋转，造成电气指示显示隔离开关已达合闸状态，但机械指示仍处于无效状态，验证了现场初始状态指示。

（2）圆盘上方存在2 个凸点，2 个凹槽，用于给三工位控制回路4 个不同状态的辅助开关提供节点变位使用。在对三工位开关进行分接地操作过程中，当圆盘不能转动时，造成其无法给控制回路的辅助开关提供节点变位，导致三工位开关接地开关分闸到位后，控制分接地的BB57 辅助开关节点未变位，电机电源未切断，仍持续工作，将三工位开关转动至隔离开关合闸位置，此时控制合隔离开关的BB16 辅助开关节点也未变位，仍无法将电机电源切断，导致电机过热烧损。

（3）现场测量三工位开关电机，电阻为4Ω，正常电机电阻为80Ω，判断电机已烧毁。对电机进行拆卸，发现其线圈存在烧融现象，且将电机转轴卡死，无法转动。电机转轴连接一个齿轮，固定在传动链条上，当其卡死时，传动链条无法被操作，验证了无法手动操作的情况。同时电机烧毁，验证了无法电动操作的情况。

1.3.3 故障处理

重新更换新的三工位操作机构、电机，并对辅助开关位置进行调整。

1.4 齿轮故障

1.4.1 故障现象

检修人员进行2#配电变312 间隔三工位开关操作过程中，发现三工位机构存在异响，且整个操作机构抖动异常。

1.4.2 故障原因

将操作机构拆卸后，发现内部塑料齿轮存在断齿现象，导致齿轮带动链条时，发送空转情况。

1.5 安装板故障

1.5.1 故障现象

三工位信号回路辅助开关安装板向柜内侧变形弯曲。

1.5.2 故障原因

信号回路辅助开关安装钣金为3mm 镀锌板，装配过程中经外观检查合格方可使用。依据现场钣金变形方向判断是机构受到了由上向下的外力导致钣金变形。

1.6 驱动转盘轴故障

1.6.1 故障现象

与辅助开关驱动转盘链接的齿轮中心安装孔破裂，转盘卡死无法转动。

1.6.2 故障原因

拆解过程发现，转盘轴与钣金孔卡在一起已经无法脱开，同时轴的表面有一层轻微的污秽，只能用锤子敲击将二者分开。将轴清洁干净进行尺寸测量，实测直径符合设计要求。钣金孔直径实测同样符合设计要求。钣金孔内部未发现毛刺（机构已经操作很多次即便有毛刺也会被磨平），重新装配后转动自如，无卡死现象。

得出故障结论：机构在生产检验阶段和安装调试阶段经过多次操作磨合未出现过此类故障，且将转盘轴和钣金孔清洁重新装配未再发现卡死现象，推测可能有异常外力作用改变了机构的正常配合状态或有异物夹在轴与孔的配合间隙内导致转盘轴卡死。

2 故障原因分析

（1）结合以上故障可发现，故障问题为三工位机构采用的塑料材质元器件损坏造成。使用塑料材质的元器件可大幅降低操作机构的总体质量，降低齿轮接触摩擦的声音，但塑料材质的强度需要进行进一步确认。

（2）三工位操作机构固定方式为3 枚螺栓成三角形固定，集体固定在操作机构的左侧。无论电动、手动操作三工位机构时，整个机构存在一定扭力，机构存在扭动的情况。

（3）三工位开关电机未设置保护功能，无过热保护、时间保护等，当出现故障时，只能等电机烧毁才能终止。

（4）三工位手动操作位置在1.5 米左右，当手动操作杆插入时，无固定位置，造成人员进行手动操作时，整个操作杆在左右晃动，容易造成辅助开关损坏。

3 更改建议

（1）为降低塑料材质断裂的风险，建议将三工位操作机构内的塑料齿轮、轴承更换为合金不锈钢材质。合金不锈钢材质硬度强，且质量轻。同时加强辅助开关底座材质的硬度，目前辅助开关底座已用2 条加强筋进行加固，但任然很脆弱，建议更换为铸铁材质。

（2）防止在操作过程中撞击辅助开关的措施。

①建议在BB58 辅助开关与操作机构中间增加一片金属防护罩。一方面防止手动操作时，操作把手直接撞击BB58 辅助开关，一方面可以通过观察金属防护罩的外观，存在撞击痕迹时，及时对辅助开关进行检查。

②建议对三工位开关操作手柄的限位装置进行优化，将限位装置进行缩小，缩小2‐3mm，使得操作时，限位装置（图3）与辅助开关BB58 有足够的空间。

图3：三工位操作手柄限位装置

③制作三工位操作手柄固定支架，使得操作人员操作过程中，手柄有支架固定，避免出现左右晃动的情况。

（3）建议对三工位操作电机进行优化，增加电机过热保护、时间保护，并设置整定值为10‐15s。当超过15s 时，电机自动切断电源，停止运行，避免故障扩大。

（4）由于三工位机构操作时，存在抖动、扭动的现象，建议在三工位机构右侧增加2 枚螺栓进行固定，共使用5 枚螺栓对机构进行固定，增加其稳定性。