弹簧机构断路器拒动原因分析与对策

 弹簧机构断路器拒动原因分析与对策

高岩

（黑龙江省中能集团供电公司变电检修部）

【摘要】本文以一起110kV弹簧机构断路器拒动故障作为实际案例展开探究分析，通过对现场拒动故障的原因进行深入检修调查，以一次系统、二次系统的实际检查情况以及合闸状态下弹簧机构分闸系统应力分布仿真结果等进行综合分析，探究出造成弹簧机构断路器拒动故障的主要因素是因为长时间合闸状态下，造成断路器脱扣轴销在主拐臂脱扣轴销安装孔受力点处形成压痕，脱扣轴销在较大摩擦力的影响下，无法实现转动，进而造成了断路器分闸失败。在明确造成弹簧机构断路器拒动故障的实际原因后，提出了降低类似故障的建议措施，以供参考。

【关键词】弹簧机构断路器拒动；；脱扣轴销；主拐臂

断路器在电网系统中担负着控制和保护双重任务，其运作的可靠性与稳定性直接关乎到电网的安全稳定运行。断路器拒动是电力系统中最严重的故障之一，若断路器在运行中发生拒动故障，那么电力系统发生故障时就无法及时的隔离故障设备，进而扩大事故范围，影响电力系统安全稳定运行。因此，对弹簧机构断路器故障原因进行深入分析，并针对故障因素提出针对性措施，可以为今后断路器弹簧机构的维护和分析类似的故障原因提供参考。

1、故障简要概述

本案例110 k V变电站系统在故障发生前，主要运行方式为：35 k V 1 号、2 号母线并列运行，110 k V 1 号、2 号母线并列运行，110 k V 1 号、2 号母线经母线连接 200 开关并列运行， 110 k V玉杨线114开关运行于110 k V 1号母线。

于2022年4月23日15:30时间段，110 k V 玉杨线 114 开关发生拒分故障，造成110 k V 玉杨线保护动作失效，造成主变压器后备保护动作跳开主变压器 110 k V 侧开关，110 k V 1号母线失压，所带 110 k V变电站均备投成功，未损失负荷。对该线路断路器本次故障拒分的因素进行分析，通过全面检查该 110 k V变电站二次系统、一次系统发现，主拐臂脱扣轴销存在转动卡涩情况，主拐臂脱扣轴销轴承安装孔内壁存在明显压痕。于当天下午由电力工程抢修人员对110 k V 玉杨线 114 开关烧损的分闸线圈进行了及时的更换，更换为带外圈轴承来替换了脱扣轴销轴承，对零部件进行更换完成后，并对 110 k V 玉杨线 114 开关展开了动作电压及机械特性试验，实验结果显示，运作状况合格。

2、故障原因分析及处理

2.1故障原因分析

对合闸状态下的机构分闸脱扣系统的应力分布情况采取有限元软件开展了仿真分析，其仿真分析结果显示，主拐臂脱扣轴销轴承安装孔处应力主要分布在与脱扣轴销滚针轴承接触部位，最大值为 436.10 MPa，此应力仿真实验结果与现场检查存在明显压痕的位置是存在一致性的。由此表明，主拐臂脱扣轴销轴承安装孔与脱扣轴销滚针轴承接触部位应力大，进而造成了主拐臂脱扣轴销轴承安装孔内壁存在明显压痕。对本次故障具体原因进行现场检查情况、仿真分析结果予以深入探究发现，该故障断路器连续18个月处于合闸位置，较长时间的合闸动态，造成脱扣轴销在主拐臂受力点处形成压痕，进而增加了两者之间的摩擦力，造成轴销无法正常转动，进而导致合闸保持掣子与主拐臂无法正常脱扣，最终导致开关分闸失败。电力系统线路在没有完成分闸操作后，分闸回路却持续保持着通电的状态，进而诱发了分闸线圈被烧坏。

2.2故障处理情况

于故障发生当天下午及时的对 110 k V 玉杨线 114 开关烧损的分闸线圈进行更换，更换为带外圈轴承来替换了脱扣轴销轴承。 将脱扣轴销轴承替换为带外圈轴承的主要目的是，有效避免主拐臂脱扣轴销轴承安装孔与滚针的直接接触，促使主拐臂脱扣轴销轴承安装孔可以与轴承外圈实现直接接触，进而实现受力面积增大，应力减小的目的，保障滚针灵活转动，使卡涩现象得以解决。完成以上故障处理后，对 110 k V 玉杨线 114 开关进行开关机械特性试验、低电压动作试验，实验结果显示运作状况合格。

3、排查治理措施

通过对本次故障进行进一步明确，查看是否属于个案故障，就拒分开关的同型号同批次产品和同型号但非同批次产品开展了一次彻底排查操作。排查方式为：将所要排查的电力系统开关位置转为检修状态，然后，派遣专业的电力系统维修技术人员对待检机构进行拆解，查看主拐臂脱扣轴销安装孔内壁是否存在压痕。检查结果显示，检车的同型号同批次的24台排查开关中，有4台开关机构存在主拐臂脱扣轴销安装孔内壁存在明显压痕的情况。排查 ZF12B-126同型号但非同批次开关的35台中，均未发现开关主拐臂脱扣轴销安装孔内壁出现压痕情况。由此可以判定，造成本次故障的主要因素是主拐臂脱扣轴销安装孔硬度由于制造工艺或者材质问题造成硬度不足，在处于长期合闸状态下，在长期压力的影响下，出现主拐臂脱扣轴销安装孔内壁存在明显压痕。

因此，针对以上故障的排查和治理，主要围绕弹簧机构型号 CT27-X、开关型号 ZF12B-126）同型号同批次生产的弹簧机构断路器给予故障排查与处理。主要是通过应用带外圈轴承替换脱扣轴销轴承，实现减小脱扣轴销对主拐臂安装孔处应力，消除脱扣轴销在主拐臂受力点处形成压痕的问题。为了有效避免类似故障的发生，提出了以下4点建议：

（1）对弹簧机构断路器的采购标准进行完善，对长期处于合闸状态下的弹簧机构断路器性能予以进一步的规范要求，对部件质量予以严格的筛查，进而有效避免因知弹簧机构断路器自身质量问题造成长期处于合闸状态下合闸位置脱扣轴销在主拐臂受力点处形成压痕而发生断路器拒动故障。

（2）进一步对弹簧机构断路器设计予以优化，在，脱扣轴销轴承增加外圈，进而实现受力面积的增大，轴承对主拐臂脱扣轴销轴承安装孔应力的减小。

（3）对弹簧机构断路器的制造工艺予以进一步改进，实现对拐臂脱扣轴销安装孔硬度的进一步提升。

（4）加大对弹簧机构断路器检测检查范围比例，有效开展对涉及弹簧机构分闸脱扣系统的重要零部件关键特性的安检工作，彻底消除弹簧机构性能不合格零部件的应用。

4、结语

总而言之，电力系统的安全稳定运行与断路器的安全运作有着直接的关联性，断路器在电力系统中的稳定运作，可以在电力系统发生故障时，可以及时断开故障电流，与故障设备进行隔离，最大限度的降低电力系统故障范围，保障电力系统整体安全稳定。本文以一起110 k V弹簧机构断路器拒动故障展开了详细的探究分析，对故障过程进行了简要概述，结合现场检查情况、仿真结果和机构动作原理明确的了故障主要因素，并提出了此类故障预防治理措施，以防止类似故障再次发生，保障电力系统运行的安全稳定性。

【参考文献】

［1］ 苗全堂，于永进，路铭，等 .GIS弹簧机构断路器合闸不到位引发燃弧故障分析［J］.电工电气，2020（7）：69-71.

［2］ 易林，彭在兴，张帅，等 . 高压断路器分合闸线圈工程仿真技术研究［J］.高压电器，2020，56（6）：138-142.

［3］柯艳国，李宾宾，田宇，等 . 典型弹簧机构断路器拒分故障事件的分析及处理［J］.电工技术，2017（6）：88-90.