摘要

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司檢修分公司、國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司泰州供電公司的研究人員王肖、董德勇等，在2018年第9期《電氣技術(shù)》雜志上撰文指出，ABB生產(chǎn)的LTB245E1系列斷路器是現(xiàn)代變電站常用開關(guān)設(shè)備之一，采用彈簧自能式SF6滅弧裝置。

本文介紹了LTB245E1型斷路器的基本結(jié)構(gòu)及動(dòng)作原理，分析了一起由合閘拐臂斷裂導(dǎo)致開關(guān)合閘不成功，操作幾次后仍未成功合閘的故障案例，以及一起由于斷路器電機(jī)在儲(chǔ)能過(guò)程中BW小輪（儲(chǔ)能限位滾輪）固定板松動(dòng)引起偏移、變形，進(jìn)而造成操動(dòng)機(jī)構(gòu)過(guò)儲(chǔ)能，致使卷簧工作狀態(tài)受到一定影響，造成儲(chǔ)能電機(jī)無(wú)法完成儲(chǔ)能的故障案例。

兩起案例均是操動(dòng)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)由于機(jī)械故障導(dǎo)致斷路器無(wú)法合閘的典型案例。通過(guò)對(duì)故障原因分析，可為變電運(yùn)檢人員日常維護(hù)提供借鑒，同時(shí)為相關(guān)廠家設(shè)計(jì)人員設(shè)備升級(jí)提供參考。

隨著對(duì)現(xiàn)代電力系統(tǒng)穩(wěn)定性要求的不斷提升，即便短暫的停電也會(huì)給經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國(guó)民生活產(chǎn)生極大影響[1-3]。因此，對(duì)于供電系統(tǒng)的工作人員來(lái)講，熟悉斷路器的運(yùn)行性能，掌握典型斷路器的結(jié)構(gòu)和常見故障，對(duì)維護(hù)檢修相關(guān)開關(guān)設(shè)備顯得尤為必要。

ABB生產(chǎn)的LTB245E1斷路器是現(xiàn)階段220kV變電站常用的開關(guān)設(shè)備之一，采用彈簧自能式SF6滅弧裝置[4-5]，由3個(gè)獨(dú)立極柱組成，每個(gè)極柱又由機(jī)械操作部分、支柱絕緣瓷瓶和滅弧室三部分組成。

滅弧室內(nèi)的動(dòng)觸頭由保護(hù)套管中的絕緣拉桿傳動(dòng)分合構(gòu)成斷路器的電氣分合主回路，極柱內(nèi)部充有SF6氣體作為滅弧介質(zhì)，20℃時(shí)氣體的絕對(duì)壓力為0.7MPa，下部操作機(jī)構(gòu)由合閘彈簧、分閘彈簧和驅(qū)動(dòng)單元組成[6-7]。合閘操作后驅(qū)動(dòng)單元給合閘彈簧儲(chǔ)能，一次操作可以完成斷路器分-合-分操作，通過(guò)給分、合閘線圈加以對(duì)應(yīng)操作電源，可實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器的分合閘控制[8-10]。

1  事故現(xiàn)場(chǎng)

1.1B相機(jī)構(gòu)合閘不成功，三相不一致動(dòng)作

2016年11月4日11時(shí)15分，運(yùn)行操作人員在保護(hù)屏上對(duì)220kV白馬變電站220kV白興4658斷路器操作時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)箱出現(xiàn)異響，該斷路器B相出現(xiàn)開關(guān)合閘不成功現(xiàn)象，隨即三相不一致繼電器動(dòng)作，A、C兩相跳閘，重復(fù)操作3次后仍未能成功，運(yùn)行人員完成相關(guān)安全措施后，檢修人員及廠家人員現(xiàn)場(chǎng)檢查后，打開B相機(jī)構(gòu)箱發(fā)現(xiàn)合閘拐臂斷裂痕跡，機(jī)構(gòu)箱底部存在有合閘拐臂震碎殘片，合閘緩沖器存在一定的滲漏油痕跡。

1.2儲(chǔ)能指示不成功，電機(jī)回路無(wú)法斷開

2016年3月2日14時(shí)05分，泰州運(yùn)維站變電檢修人員在對(duì)220kV生祠變電站220kV母聯(lián)2610斷路器進(jìn)行分、合閘操作試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)母聯(lián)2610斷路器儲(chǔ)能電源開關(guān)合上后，A相機(jī)構(gòu)箱內(nèi)在儲(chǔ)能過(guò)程中發(fā)出“咯噠咯噠”異常響聲，儲(chǔ)能指示未成功，儲(chǔ)能電機(jī)持續(xù)處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，儲(chǔ)能回路無(wú)法切斷，斷路器無(wú)法正常分合操作，B、C兩相儲(chǔ)能電機(jī)工作正常，儲(chǔ)能指示無(wú)異常，機(jī)構(gòu)箱內(nèi)無(wú)燒焦異味。

圖1事故現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)

2  現(xiàn)場(chǎng)勘查

2.1分閘拐臂及分閘摯子斷裂

檢修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，經(jīng)過(guò)勘查發(fā)現(xiàn)：220kV白興4658斷路器機(jī)構(gòu)箱內(nèi)拉桿存在新的受合閘拐臂斷裂時(shí)磕碰的痕跡，彈簧處于正常儲(chǔ)滿能狀態(tài)，儲(chǔ)能限位開關(guān)小輪在儲(chǔ)滿能位置，與儲(chǔ)滿能位置線對(duì)齊無(wú)異常，斷路器處于分閘狀態(tài)，斷路器控制選擇開關(guān)已處于就地位置，儲(chǔ)能電機(jī)空開在合閘位置，合閘緩沖器在開關(guān)動(dòng)作時(shí)，有明顯滲漏油跡象，合閘彈簧檢查未發(fā)現(xiàn)異常，現(xiàn)場(chǎng)檢查接線，除BG1-19線松脫外，其他接線均未被發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)跡象。

對(duì)分合閘摯子檢查，未見明顯異常，現(xiàn)場(chǎng)未發(fā)現(xiàn)開關(guān)本體及機(jī)構(gòu)其他配件存在異常，地腳螺栓、支架固定螺栓、機(jī)構(gòu)與支架固定螺栓未見有松動(dòng)跡象。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查情況判斷，進(jìn)行如下操作：檢修人員更換了白興4658斷路器B相合閘拐臂，清理了機(jī)構(gòu)箱內(nèi)緩沖器油污，隨后對(duì)該斷路器三相機(jī)械特性進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)顯示分閘2時(shí)間偏大。相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

2.2儲(chǔ)能限位滾輪脫落

檢修人員對(duì)220kV生祠變電站220kV母聯(lián)2610斷路器A相機(jī)構(gòu)箱現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)：經(jīng)測(cè)試儲(chǔ)能電機(jī)電壓為217V、電阻值為8.7?，儲(chǔ)能回路無(wú)異常，開關(guān)儲(chǔ)能電機(jī)外表無(wú)明顯燒黑痕跡，無(wú)燒焦氣味，發(fā)現(xiàn)彈簧過(guò)儲(chǔ)能，機(jī)構(gòu)箱內(nèi)BW小輪固定板變形，儲(chǔ)能行程開關(guān)上固定BW小輪的一顆螺絲掉落。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查情況判斷，進(jìn)行如下操作：檢修人員確認(rèn)將220kV母聯(lián)2610斷路器A相儲(chǔ)能電源分開，將控制選擇開關(guān)切換到就地位置，開關(guān)操作電源在斷開狀態(tài)，手動(dòng)確認(rèn)操動(dòng)機(jī)構(gòu)彈簧能量已釋放完畢，拆卸行程開關(guān)工作部件，并在機(jī)構(gòu)箱底部找到脫落的固定螺絲，將已經(jīng)受力變形的BW小輪固定板復(fù)原到正常工作狀態(tài)，將脫落螺絲回裝到固定板BW小輪上并復(fù)緊，檢修人員將復(fù)原后固定板BW小輪回裝至開關(guān)操動(dòng)機(jī)構(gòu)箱相應(yīng)位置，隨后對(duì)220kV母聯(lián)2610斷路器三相機(jī)械特性進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)顯示合閘速度偏低。相關(guān)數(shù)據(jù)見表3。

3  事故原因分析

3.1短時(shí)間內(nèi)頻繁操作

根據(jù)對(duì)白興4658斷路器故障描述和現(xiàn)場(chǎng)勘查，結(jié)合以往此類拐臂斷裂的原因判斷有5種可能因素：

1）機(jī)構(gòu)過(guò)儲(chǔ)能，拐臂受過(guò)載沖擊而斷裂。檢查機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)能微動(dòng)開關(guān)正常，儲(chǔ)能回路接線可靠無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象；核查機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能位置，符合出廠設(shè)置，基本排除了機(jī)構(gòu)過(guò)儲(chǔ)能故障。

2）零件內(nèi)部存在沙眼等鑄造缺陷。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查肉眼未見明顯鑄造缺陷，放大鏡下檢查存在少許縮孔。

3）無(wú)延時(shí)分合開關(guān)，分合閘拐臂相互撞擊斷裂。開關(guān)在做無(wú)延時(shí)操作時(shí)，合閘拐臂與分閘拐臂相向運(yùn)動(dòng)，會(huì)互相撞擊，導(dǎo)致拐臂在最薄弱處斷裂。

4）空合斷路器時(shí)，合閘拐臂強(qiáng)烈撞擊分閘拐臂，導(dǎo)致斷裂。二次空合操作的時(shí)候，合閘拐臂與扣在分閘摯子上的分閘拐臂存在接觸并發(fā)生硬碰硬的撞擊的可能。造成的后果是使分閘拐臂在最薄弱處斷裂。

5）操作不規(guī)范。如果存在短時(shí)間內(nèi)頻繁操作的現(xiàn)象，那么兩次合閘時(shí)間間隔短，多次儲(chǔ)能結(jié)束就立即操作。斷路器的標(biāo)準(zhǔn)操作時(shí)間為分—0.3s—合分—180s—合分，如多次合閘時(shí)間間隔過(guò)短，不符合操作要求，受斷路器內(nèi)部氣體平衡、緩沖器回油、機(jī)械震動(dòng)及儲(chǔ)能時(shí)間等因素的影響，頻繁操作就會(huì)對(duì)傳動(dòng)零件造成損傷。

造成合閘緩沖器滲漏油跡象的原因經(jīng)分析是在合閘指令發(fā)出后，合閘線圈動(dòng)作，帶動(dòng)合閘摯子和拐臂運(yùn)動(dòng)，此時(shí)合閘拐臂斷裂，強(qiáng)大的合閘能量作用在合閘緩沖器上使其短時(shí)間回油。更換完合閘拐臂之后，重新操作斷路器，緩沖器工作正常。

綜合以上5種原因分析，造成本次白興4658斷路器無(wú)法合閘，三相不一致動(dòng)作的直接原因是：運(yùn)維人員對(duì)斷路器操作過(guò)于頻繁，未在一次斷路器操作結(jié)束后180s后進(jìn)行再次操作，加之合閘拐臂自身工藝存在缺陷，造成本次合閘拐臂受力斷裂。

3.2BW小輪松動(dòng)、偏移、變形

220kV生祠變電站220kV母聯(lián)2610斷路器A相操動(dòng)機(jī)構(gòu)彈簧過(guò)儲(chǔ)能故障原因，經(jīng)分析是操動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)部緊固儲(chǔ)能限位行程開關(guān)其中一個(gè)螺絲（實(shí)際兩個(gè)固定螺絲）由于斷路器長(zhǎng)期操作振動(dòng)掉落，造成開關(guān)電機(jī)在儲(chǔ)能過(guò)程中儲(chǔ)能限位滾輪BW小輪固定板在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的強(qiáng)大扭力下存在偏移、變形，進(jìn)而造成A相操動(dòng)機(jī)構(gòu)過(guò)儲(chǔ)能，引起儲(chǔ)能電機(jī)完成儲(chǔ)能后無(wú)法有效切斷，不滿足斷路器合閘條件。同時(shí)卷簧本身由于過(guò)儲(chǔ)能操作工作狀態(tài)受到一定影響，斷路器合閘速度不符合標(biāo)準(zhǔn)。

4  測(cè)試數(shù)據(jù)分析

1）經(jīng)過(guò)檢修人員對(duì)220kV白馬變電站白興4658斷路器B相分合閘拐臂及分閘摯子進(jìn)行更換后，在現(xiàn)場(chǎng)用開關(guān)測(cè)試儀器操作開關(guān)3次，測(cè)試數(shù)據(jù)顯示分閘2操作電源動(dòng)作電壓在合格范圍內(nèi)，分閘2時(shí)間略微偏長(zhǎng)，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

檢修人員隨即現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整分閘2線圈動(dòng)作行程后，縮短重新對(duì)開關(guān)三相動(dòng)作特性進(jìn)行測(cè)試，5次操作后各項(xiàng)參數(shù)均顯示正常，相關(guān)數(shù)據(jù)見表2。

表1調(diào)試前后開關(guān)機(jī)械特性參數(shù)

表2調(diào)試前后開關(guān)機(jī)械特性參數(shù)

2）經(jīng)過(guò)檢修人員對(duì)220kV生祠變電站220kV母聯(lián)2610斷路器A相機(jī)構(gòu)箱內(nèi)儲(chǔ)能限位板矯正并將復(fù)原固定螺絲后，經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)220kV生祠變母聯(lián)2610斷路器A相合閘速度為7.1m/s，不符合正常工作標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)數(shù)據(jù)見表3。經(jīng)過(guò)重新校準(zhǔn)合閘彈簧彈力后，母聯(lián)2610斷路器A相合閘速度為7.5m/s，符合斷路器工作標(biāo)準(zhǔn)，其他機(jī)械特性數(shù)據(jù)均在合理范圍內(nèi)，彈簧彈力調(diào)試合格。相關(guān)數(shù)據(jù)見表4。

表3調(diào)試前后開關(guān)機(jī)械特性參數(shù)

表4調(diào)試前后開關(guān)機(jī)械特性參數(shù)

根據(jù)以上幾個(gè)步驟的測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，開關(guān)各項(xiàng)動(dòng)作特性均在正常范圍以內(nèi)，檢修人員針對(duì)220kV生祠變220kV母聯(lián)2610斷路器A相故障予以排除。檢修人員相繼對(duì)母聯(lián)2610斷路器A、B、C相依次進(jìn)行6次分、合閘操作，3相儲(chǔ)能電機(jī)均無(wú)異常響聲，儲(chǔ)能時(shí)間在合理范圍以內(nèi)，電機(jī)未見過(guò)儲(chǔ)能現(xiàn)象，開關(guān)分合、閘指示正常，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)遺留問題。

結(jié)論

1）開關(guān)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能回路正常，而拐臂自身材料以及斷路器傳動(dòng)過(guò)程中運(yùn)維人員頻繁操作是導(dǎo)致合閘拐臂損傷斷裂的最大可能因素。

2）開關(guān)操作中，運(yùn)維人員應(yīng)注意在分、合儲(chǔ)能開關(guān)時(shí)，識(shí)別開關(guān)操動(dòng)機(jī)構(gòu)有無(wú)異響，定期對(duì)機(jī)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行檢查，防止重要部件松動(dòng)和脫落。

3）開關(guān)的修試過(guò)程中，檢修人員應(yīng)注重對(duì)儲(chǔ)能電機(jī)異響識(shí)別能力，發(fā)現(xiàn)電機(jī)出現(xiàn)老化、卡澀等現(xiàn)象，必須及時(shí)處理并加強(qiáng)對(duì)其的保養(yǎng)，并應(yīng)當(dāng)緊固重要部件的螺絲。