40.5kV C-GIS直动式接地开关用丝杆断裂原因分析与整改措施

孙一帆

（特变电工云集电气有限公司 湖南衡阳 421200）

40.5kV C-GIS设备因结构紧凑、占地面积小、免维护等符合设备运维单位需求的特点［1］，成为开关制造厂家的研究和生产的方向，目前40.5kV C-GIS 的生产厂家越来越多，但是技术水平参差不齐，造成了40.5kV C-GIS 结构不同，丝杆作为C-GIS 直动接地开关分合闸的关键元器件［2］，应用中设计人员未深入考虑实际工况、调试人员不认真等多方面的原因导致了该起C-GIS直动接地开关丝杆断裂的故障。

1 现象描述

某变电站于2021年10月9日对35kV C-GIS 进行日常检修，在对母线进行绝缘检测时，发现一段母线电

阻为零，初步判定为母线接地，由于绝缘母线外表面观察无接地点，所以只有打开C-GIS的母线接地气箱，发现母线处于接地位置（如图1），接地开关驱动丝杆断裂（如图2），操作接地机构时，无法将触头断开，从而导致母线一直处于接地状态。

图1 方案图

图2 丝杆

2 直动接地开关工作原理与理论计算

2.1 工作原理

该接地开关的工作原理为通过机构驱动丝杆旋转，使得动触头做直线运动［3］，完成由未接地状态（如图3）到接地状态（如图4）的动作［4］；接地分状态则反之。

图3 接地开关未接地状态

图4 接地开关接地状态

2.2 理论计算和实际使用工况

接地开关的操作机构每次动作固定29圈，丝杆转动1 圈动触头前进4mm，所以动触头的总行程为为116mm（29×4mm），其断口距离为90mm，所以当动触头位于断开位和接地位分别有14mm 和10mm 的运动余量（如图3 和图4），当动触头的初始位置远大于24mm（10mm+14mm）时，其运动至接地极限位置时，若电机继续动作，驱动丝杆会受到机构继续运动而带来的力；实际操作采用小于5N·m的力即可带动三相动触头同时运动，所以三相丝杆所受到了力不会超过5N·m，通过对现场拆除的丝杆进行扭力试验，丝杆满足10N·m设计要求（如图5）。

图5 丝杆扭力试验与结果

3 断裂原因分析

（1）现场检查操作机构的限位块（如图6）和行程开关（如图7），未发现有移动的痕迹，排除机构自身存在缺陷。

图6 机构限位块

图7 机构行程开关

（2）操作机构驱动丝杆带动触头运动灵活，未发现运动卡滞现象，排除触头卡滞的缺陷。

（3）经落实，生产厂家该接地操作机构是在现场进行的安装调试，调试人员存在未按要求进行调试的行为，现场管理处于失控状态，造成了该故障。该台C-GIS 安装操作机构时，未将动触头的初始位置调试合理范围内，即丝杆与机构配合位置不准确，使得接地操作机构在合闸操作时，动触头已到位，但是接地操作机构还未到位，限位块（如图6）和行程开关（如图7）都未起作用［5］，接地操作机构继续运动，使得动触头运动到极限位置，使驱动丝杆受到较大的扭力而断掉，造成该起故障。

4 整改措施

（1）该变电站共涉及3 台接地开关，3 台C-GIS 全部重新更换新丝杆调试；为了增强原丝杆的薄弱部位，改为金属材质（如图8），新驱动丝杆可承受可超过35N·m 的扭力值（如图9），远超过10N·m 的设计要求［6］。（2）安排专业人员对该批接地开关进行调试，将接地开关的所有活动部件重新检查和调整，并且安排专人检验，杜绝此类事件的发生。

图8 改进型丝杆

图9 改进型丝杆扭力试验与结果

5 结论

通过对该起故障的分析和改进，进一步强调了装配和管理的重要性，一根丝杆的问题就是整台设备的故障，从以下几方面加强管控，可减少甚至杜绝该类故障的发生。

（1）加强人员培训，指定专人专责，特别是接地开关的安装和调试流程：确认动触头的初始位置和操作机构处于分闸位置，再进行安装；确认操作机构的机械和电气限位准确；确认动触头的运动顺畅无卡滞和位置准确。

（2）设置明显的机构限位和位置指示标识，简化需调试部件，减少人为原因所造成的调试不到位。

（3）所有关键件的安装调试和试验必须在工厂内完成，避免现场工作的不确定性。