林琛 林樂(lè)亭 陸敬暉

（1.北京電力工程公司 2.國(guó)網(wǎng)吉林電力檢修公司 ）

0 引言

罐式斷路器具有抗低溫、抗地震及提高電流互感器可靠性等優(yōu)越性能近年來(lái)得到廣泛應(yīng)用。我公司目前運(yùn)行的HPL-500、HPL-220柱式斷路器和MP-50罐式斷路器罐式斷路器雖然至今沒(méi)有出現(xiàn)大的事故，但也發(fā)生一些小的問(wèn)題，本文介紹了產(chǎn)生這些問(wèn)題的原因分析和解決方案。

1 HPL系列柱式斷路器異常及解決措施

1.1 彈簧機(jī)構(gòu)分閘摯子滾軸斷裂拒分

該型斷路器出現(xiàn)投運(yùn)前繼電傳動(dòng)發(fā)生單相拒分，主、副分閘線圈燒毀的缺陷，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)C相分閘掣子的分閘滾軸（長(zhǎng)34mm，直徑3.4mm）斷裂成三截，造成分閘掣子脫扣聯(lián)板卡死，無(wú)法釋放分閘彈簧。用新的分閘掣子予以更換，現(xiàn)場(chǎng)重新測(cè)分合閘啟動(dòng)電壓與三相分合閘時(shí)間及相間不同期均合格投入運(yùn)行。

通過(guò)拆下的分閘掣子研究，發(fā)現(xiàn)斷裂的分閘滾軸所在的軸槽口一側(cè)有過(guò)多的潤(rùn)滑脂，其脫扣聯(lián)板與該滾軸滾動(dòng)接觸處有累積撞擊痕跡。目前初步分析原因有兩個(gè)：

1）槽口移動(dòng)不到位在分閘瞬間受到脫扣板撞擊，累積多次后斷裂。

2）其滾軸溝槽有加工傾斜誤差，使其不能在重力的作用下順利移動(dòng)。

目前現(xiàn)場(chǎng)防范措施：已購(gòu)置一臺(tái)簡(jiǎn)易內(nèi)窺鏡。在開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能釋放的情況下，去檢查其他開(kāi)關(guān)的滾軸有無(wú)累積撞擊痕跡和潤(rùn)滑脂堆積，如有立即更換，同時(shí)檢查開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)安裝的垂直度，是否達(dá)到設(shè)計(jì)安裝要求。

1.2 機(jī)構(gòu)中非全相中間繼電器靜電干擾

HPL-500開(kāi)關(guān)投運(yùn)前調(diào)試時(shí)，曾出現(xiàn)遠(yuǎn)方三相合閘后瞬時(shí)三相分閘，然后又拒合的異?，F(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)匯控柜內(nèi)主跳回路的非全相保護(hù)的中間繼電器K7處于勵(lì)磁狀態(tài)（并非其常開(kāi)接點(diǎn)粘連）。調(diào)看實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄時(shí)發(fā)現(xiàn)該開(kāi)關(guān)合閘后無(wú)延時(shí)瞬間分閘，而且其三相接入遙信的位置接點(diǎn)是串聯(lián)的，由此判斷不是開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)轉(zhuǎn)換不到位引起，應(yīng)該是中間繼電器在此次合閘前，繼電器異動(dòng)，造成分閘回路同時(shí)帶電，造成開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)方合閘后立即分閘，進(jìn)入防跳狀態(tài)，不能繼續(xù)操作。據(jù)此現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)時(shí)斷開(kāi)K7的正電源退出主跳回路的非全相保護(hù)、按圖紙復(fù)查及緊固了二次接線、再次傳動(dòng)無(wú)異常開(kāi)關(guān)投入運(yùn)行。

為了尋找原因，調(diào)出包家站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)、刀閘拉合記錄，發(fā)現(xiàn)線路投運(yùn)前因母線加裝臨時(shí)保護(hù)2h內(nèi)先后拉開(kāi)了四組刀閘，均距開(kāi)關(guān)5m左右?？赡苁且颥F(xiàn)場(chǎng)拉合刀閘或其他操作產(chǎn)生的暫態(tài)電磁感應(yīng)，使非全相保護(hù)的時(shí)間繼電器誤動(dòng)作常開(kāi)接點(diǎn)閉合導(dǎo)致K7勵(lì)磁，使K7串接在跳閘回路的常開(kāi)接點(diǎn)閉合，致使開(kāi)關(guān)合閘后又瞬間跳閘。

為了進(jìn)一步印證，2004年9月23日該開(kāi)關(guān)停電，首先檢查了機(jī)構(gòu)箱內(nèi)回路緊固情況、輔助觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換通、斷情況，均正常。然后在就地單合一相斷路器（分別在A、B、C相上進(jìn)行），非全相保護(hù)均正常動(dòng)作，就地和遠(yuǎn)方合三相，拍打K7（從不同方向），均未發(fā)生接點(diǎn)抖動(dòng)跳閘的現(xiàn)象，最后在遠(yuǎn)方合分三相斷路器十次均正常，操作穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)原因排除，引起誤動(dòng)的原因是附近刀閘分合閘電弧產(chǎn)生的暫態(tài)電磁感應(yīng)使電子式時(shí)間繼電器里的集成塊軟擊穿誤動(dòng)使接點(diǎn)閉合K7勵(lì)磁。接線圖如圖1所示。

圖1 接線圖

根據(jù)以上原因分析，建議將其中間繼電器常開(kāi)接點(diǎn)設(shè)計(jì)成兩個(gè)常開(kāi)接點(diǎn)串接，減小因外力震動(dòng)使接點(diǎn)誤閉合的可能性，另外檢查該K7繼電器的啟動(dòng)電壓是否太小，容易引起誤動(dòng)，建議該繼電器啟動(dòng)電壓在Un（55%～65%），功率不小于5W，防止電磁感應(yīng)引起的誤動(dòng)作。

1.3 機(jī)構(gòu)防護(hù)問(wèn)題

HPL系列斷路器分閘彈簧整體裝配在一個(gè)金屬圓桶內(nèi)，但其上面分閘拉桿出口處開(kāi)口過(guò)大，易落入金屬異物，可能造成分閘彈簧在高速運(yùn)動(dòng)中損壞。曾經(jīng)發(fā)生過(guò)類似問(wèn)題，例如：固定分合閘指示牌的螺絲脫落掉入分閘彈簧金屬桶內(nèi)，后來(lái)用專用工具卸掉分閘彈簧壓力取出螺絲進(jìn)行處理。

建議在分閘彈簧筒上端用有機(jī)玻璃罩封閉，防止異物進(jìn)入彈簧筒。

1.4 線圈啟動(dòng)電壓

該型斷路器在做分合閘啟動(dòng)電壓試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)試驗(yàn)電壓低，合閘線圈碰擊力小，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)合閘摯子半脫扣卡死而發(fā)生拒合現(xiàn)象，這時(shí)需要手動(dòng)釋放合閘儲(chǔ)能彈簧，使合閘摯子恢復(fù)原位，再電動(dòng)儲(chǔ)能即可。

根據(jù)直流電磁鐵吸力公式：

式中，F(xiàn)1為電磁吸力；I為線圈電流，A；W為線圈匝數(shù)；r為鐵心半徑，cm；δ為工作氣隙長(zhǎng)度，cm；b為鐵心邊緣到磁鐵內(nèi)壁的距離，cm。

當(dāng)磁鐵上的電壓降低，電流I相應(yīng)降低，所以電磁吸力F1和電壓的平方成比例，所以當(dāng)電壓降低時(shí)，鐵心的撞擊摯子的力量會(huì)大幅度減小，如果特性試驗(yàn)中，低電壓分合閘試驗(yàn)作不合格，需要及時(shí)對(duì)分合閘線圈及摯子進(jìn)行調(diào)整，使其達(dá)到合理的位置，否則容易損壞；另外需要對(duì)電磁鐵進(jìn)行改進(jìn)，在不同的電壓下電磁鐵動(dòng)作穩(wěn)定可靠，使其不再發(fā)生類似隱患。

2 ABB公司500PM系列罐式斷路器異常及解決措施

2.1 該型設(shè)備罐體加熱帶問(wèn)題

500PM罐式斷路器罐體加熱帶曾出現(xiàn)大批燒損和發(fā)熱量不足導(dǎo)致SF6氣體液化現(xiàn)象，分析原因是因?yàn)樽冸娬舅米冸妷翰环€(wěn)定，有時(shí)過(guò)高和過(guò)低。所用變提高的電源電壓過(guò)高，通過(guò)純電阻的加熱帶長(zhǎng)時(shí)間通電，發(fā)熱過(guò)量，導(dǎo)致電阻絲燒斷；當(dāng)電源電壓過(guò)低時(shí)，加熱器發(fā)熱不足，在環(huán)境溫度較低時(shí)出現(xiàn)SF6液化。

根據(jù)保溫帶計(jì)算公式：

式中，U1為加熱器電源電壓，V；R1為加熱器電阻，Ω；R為開(kāi)關(guān)回路電阻，μΩ；I1為開(kāi)關(guān)的額定電流，A；△T1為補(bǔ)充溫升，℃；△T2為開(kāi)關(guān)溫升試驗(yàn)的SF6氣體的溫升，℃；Ks為加熱保溫套面積與開(kāi)關(guān)散熱面積之比；Kr為加熱器傳熱系數(shù)，K=0.8。

而斷路器其他參數(shù)不變時(shí)，電源電壓U1變小，補(bǔ)充溫升△T1也變小，電源電壓U1變大，補(bǔ)充溫升△T1也變大，并且變化成比例。

所以需要對(duì)變電所電壓進(jìn)行監(jiān)控，如果發(fā)生電壓變化較大及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，進(jìn)行及時(shí)調(diào)節(jié)電壓, 保障電源穩(wěn)定性，防止電壓過(guò)高和過(guò)低；在加熱回路中增加過(guò)流保護(hù)，在電流過(guò)大時(shí)報(bào)警，避免加熱器損壞。ABB廠家更換的新加熱帶（額定電壓為240V）后運(yùn)行正常，同時(shí)加封防水膠，防止加熱帶滲進(jìn)雨水。

2.2 該型罐液壓機(jī)構(gòu)打壓電機(jī)傳動(dòng)齒輪問(wèn)題

ABB公司2005年以前的500PM罐式斷路器產(chǎn)品曾發(fā)生其配的液壓彈簧機(jī)構(gòu)在合閘儲(chǔ)能時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)空轉(zhuǎn)不能儲(chǔ)能，經(jīng)解體發(fā)現(xiàn)電機(jī)與油泵的塑料傳動(dòng)齒輪（直徑10cm）的輪齒斷裂脫落，因?yàn)楫?dāng)時(shí)無(wú)備件，就把其他相已經(jīng)儲(chǔ)能完成的齒輪拆卸下來(lái)裝在該相上進(jìn)行儲(chǔ)能后送電。

工程塑料齒輪因其質(zhì)量小、自潤(rùn)滑、吸振好、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)機(jī)械中應(yīng)用很廣。齒輪失效一般有兩種形式：齒輪折斷及齒輪齒頂部分的磨損。原因是由于設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)齒輪齒形選擇以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，引起齒頂部分強(qiáng)度不足，導(dǎo)致齒輪在傳動(dòng)過(guò)程中過(guò)早失效。針對(duì)這一情形的改進(jìn)措施：首先合理選擇齒輪齒形，在傳動(dòng)載荷較大的情況下，齒輪的壓力角應(yīng)優(yōu)先選擇20°,以保證齒頂?shù)膹?qiáng)度；其次傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要充分考慮配合的精度要求，配合間隙要選擇合理，同時(shí)要兼顧塑料制品的成型收縮因素，確保齒輪齒廓為漸開(kāi)線，從而保證齒輪的正確嚙合對(duì)于工作時(shí)承受一定的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速較高的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的小模數(shù)齒輪，在使用過(guò)程中出現(xiàn)輪齒折斷，從齒輪設(shè)計(jì)、制造過(guò)程分析原因一般有：①齒輪表面及內(nèi)部成型存在微小缺陷；②齒輪材料的內(nèi)部應(yīng)力高，引起齒輪變形而導(dǎo)致疲勞斷齒；③制品成型收縮程度估計(jì)或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，造成齒輪齒廓變形為非漸開(kāi)線形式，輪齒不能正常進(jìn)入嚙合狀態(tài)引起斷齒；④齒輪設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足，對(duì)此只要重新設(shè)計(jì)演算齒輪強(qiáng)度即可解決。其余三個(gè)方面原因主要與齒輪制造質(zhì)量有關(guān)。

對(duì)機(jī)構(gòu)解體進(jìn)行原因分析，在儲(chǔ)能時(shí)，儲(chǔ)能電機(jī)的鋼齒輪松動(dòng)，導(dǎo)致鋼齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)與塑料齒輪咬合不良，塑料輪齒受力過(guò)大出現(xiàn)5個(gè)齒折斷（見(jiàn)圖2）。整個(gè)液壓機(jī)構(gòu)傳動(dòng)齒輪都是合金鋼，惟獨(dú)此處齒輪為工程塑料材質(zhì)，雖然工程塑料強(qiáng)度較高，耐磨性好，但是在受到較大外力時(shí)容易損壞，ABB公司經(jīng)過(guò)改進(jìn)后白塑料齒輪加厚直徑也縮小為7cm，提高了工程塑料齒輪的強(qiáng)度，防止損壞。

圖2 齒輪

2.3 該型設(shè)備二次控制回路問(wèn)題

在春檢中，曾發(fā)現(xiàn)2005年前該型斷路器在進(jìn)行A相單跳、B相單跳驗(yàn)收試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)三相全跳的缺陷。經(jīng)過(guò)對(duì)回路的查找分析，發(fā)現(xiàn)第一套分閘回路中的A相、B相的選項(xiàng)跳閘二極管擊穿，導(dǎo)致單相分閘命令跳三相的結(jié)果，更換備件后操作正常。二極管擊穿的原因可能是本身質(zhì)量問(wèn)題，或小修時(shí)控制電纜搖絕緣是被擊穿，以后應(yīng)引起注意。具體見(jiàn)圖3。

圖3 第一組跳閘回路示意圖

停電小修時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書中列入“選項(xiàng)跳閘二極管單相導(dǎo)通試驗(yàn)”，發(fā)現(xiàn)損壞及時(shí)更換。二極管型號(hào)為：IN3768 意大利產(chǎn)，反向擊穿電壓500V 額定電流：5A。

2.4 該型設(shè)備試驗(yàn)問(wèn)題

該型罐式斷路器為雙斷口，為了對(duì)斷口電壓進(jìn)行平均分配，每個(gè)斷口都并聯(lián)有均壓電容，提高開(kāi)斷能力，保障開(kāi)斷性能。

但由于均壓電容均安裝在罐體內(nèi)，由于罐體的屏蔽作用和斷口間斷口及雜散電容器的影響（見(jiàn)圖4），在斷路器外部無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量均壓電容量和介損值，檢修例行試驗(yàn)不能了解產(chǎn)品真實(shí)狀態(tài)。

圖4 電容

對(duì)于已運(yùn)行的設(shè)備實(shí)測(cè)值是否合格還待日后積累總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行校正。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備應(yīng)要求均壓電容在裝入罐體前單獨(dú)做電容的介損和電容值的測(cè)試，并填寫在設(shè)備出廠試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)，以便現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)兩種類型斷路器出現(xiàn)的問(wèn)題的原因分析及解決措施的介紹，為運(yùn)行檢修人員以后解決這類問(wèn)題提供參考。