楊建軍 李銳

摘 要：針對(duì)一起35 kV真空斷路器位置行程開關(guān)在配合開關(guān)柜二次回路時(shí)出現(xiàn)的位置信號(hào)短暫失效現(xiàn)象，深入分析原因，并提出解決方案。

關(guān)鍵詞：推進(jìn)機(jī)構(gòu);試驗(yàn)位置;工作位置;行程開關(guān)

0??? 引言

35 kV高壓真空斷路器由于體積及重量原因一般采用落地式結(jié)構(gòu)，在配合高壓開關(guān)柜工作時(shí)，推進(jìn)機(jī)構(gòu)保證斷路器從試驗(yàn)位置移動(dòng)到工作位置。在機(jī)械方面，斷路器到達(dá)試驗(yàn)位置或工作位置是通過(guò)推進(jìn)機(jī)構(gòu)的離合裝置離合狀態(tài)來(lái)判斷的;在電氣方面，斷路器是通過(guò)推進(jìn)機(jī)構(gòu)試驗(yàn)位置行程開關(guān)或工作位置行程開關(guān)的觸點(diǎn)信號(hào)切換來(lái)判斷斷路器所處位置的。

1??? 失效分析

1.1??? 失效現(xiàn)象概述

2018年5月，某開關(guān)柜廠家反饋，35 kV斷路器在配合開關(guān)柜測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)工作位置行程開關(guān)信號(hào)工作不可靠現(xiàn)象。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀察，發(fā)現(xiàn)斷路器到達(dá)工作位置之后，由于慣性推進(jìn)機(jī)構(gòu)絲桿沒有立即停止工作，到絲桿出現(xiàn)離合狀態(tài)時(shí)，開關(guān)柜工作位置指示燈出現(xiàn)短暫的閃滅閃亮現(xiàn)象。

在斷路器實(shí)際配合開關(guān)柜操作過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)推進(jìn)機(jī)構(gòu)離合時(shí)發(fā)出的“咔咔”聲以及開關(guān)柜面板指示燈來(lái)判斷推進(jìn)機(jī)構(gòu)是否到達(dá)預(yù)定的行程位置。由于工作位置信號(hào)會(huì)通過(guò)微機(jī)保護(hù)裝置送到后臺(tái)進(jìn)行相關(guān)的邏輯判斷，因此，信號(hào)指示燈出現(xiàn)的短暫閃滅閃亮現(xiàn)象可能會(huì)導(dǎo)致微機(jī)保護(hù)的邏輯判斷錯(cuò)誤。

1.2??? 失效原因分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試，發(fā)現(xiàn)斷路器處于試驗(yàn)位置時(shí)，通過(guò)搖進(jìn)手柄操作推進(jìn)機(jī)構(gòu)，在不斷的離合過(guò)程中，試驗(yàn)位置指示燈顯示正常;但當(dāng)斷路器處于工作位置時(shí)，通過(guò)搖進(jìn)手柄操作推進(jìn)機(jī)構(gòu)，在不斷的離合過(guò)程中，開關(guān)柜面板工作位置指示燈出現(xiàn)閃滅閃亮的現(xiàn)象。進(jìn)一步查看，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)位置行程開關(guān)是通過(guò)推進(jìn)機(jī)構(gòu)的螺釘按壓行程開關(guān)彎板來(lái)實(shí)現(xiàn)行程開關(guān)觸點(diǎn)的切換，工作位置行程開關(guān)是通過(guò)推進(jìn)機(jī)構(gòu)絲桿下面的導(dǎo)向板上安裝塊的螺釘按壓行程開關(guān)彎板來(lái)實(shí)現(xiàn)行程開關(guān)觸點(diǎn)的切換。

初步分析，如圖1所示，由于推進(jìn)機(jī)構(gòu)的離合裝置銷釘沿離合軸套漸開線由最低點(diǎn)沿圓弧線緩慢上升到最高點(diǎn)后直接下降到最低點(diǎn)過(guò)程中，離合軸套連接的導(dǎo)向板上安裝塊調(diào)節(jié)螺釘由緊壓工作位置行程開關(guān)彎板到脫開行程開關(guān)彎板的過(guò)程中出現(xiàn)工作位置行程開關(guān)指示燈閃滅的現(xiàn)象。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，推進(jìn)機(jī)構(gòu)在工作位置的離合過(guò)程中，斷路器到達(dá)工作位置的機(jī)械切換與工作位置行程開關(guān)的電氣切換不同步及不可靠是導(dǎo)致這一現(xiàn)象發(fā)生的原因，即斷路器通過(guò)推進(jìn)機(jī)構(gòu)達(dá)到工作位置后，要進(jìn)一步確認(rèn)斷路器是否處于工作位置。同時(shí)，在慣性作用下，推進(jìn)機(jī)構(gòu)絲桿的離合銷釘帶動(dòng)離合軸套與其相連接的導(dǎo)向板在離合軸套的漸開線上沿弧線移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)向板上的安裝塊螺釘在按壓工作位置行程開關(guān)彎板過(guò)程中出現(xiàn)了行程開關(guān)觸點(diǎn)切換的不可靠，從而導(dǎo)致工作位置指示燈出現(xiàn)閃滅現(xiàn)象。

2??? 解決方案

2.1??? 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)失效原因，工作位置指示燈出現(xiàn)閃滅現(xiàn)象主要是工作位置行程開關(guān)切換不可靠所致，直接加長(zhǎng)安裝塊螺釘，可以可靠地按壓工作位置行程開關(guān)彎板，但是會(huì)出現(xiàn)行程開關(guān)極限按壓，導(dǎo)致行程開關(guān)觸點(diǎn)彈簧長(zhǎng)期工作在極限壓力狀態(tài)下，從而影響行程開關(guān)的使用壽命;并且加長(zhǎng)安裝塊螺釘會(huì)影響到推進(jìn)機(jī)構(gòu)的行程，推進(jìn)機(jī)構(gòu)行程等工作位置絲桿移動(dòng)距離減去試驗(yàn)位置絲桿距離，安裝塊螺釘加長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致推進(jìn)機(jī)構(gòu)絲桿工作位置距離減小，從而進(jìn)一步導(dǎo)致推進(jìn)機(jī)構(gòu)行程變小。

安裝塊螺釘長(zhǎng)度不能加長(zhǎng)，按壓工作位置行程開關(guān)必須可靠切換，并且按壓行程有一定的可變性，因此考慮使用彈簧解決該問(wèn)題。通過(guò)使用相似的彈簧安裝，初步測(cè)試驗(yàn)證方案的可行性，發(fā)現(xiàn)有一定的效果。方案設(shè)計(jì)過(guò)程如下：

（1）通過(guò)該型號(hào)行程開關(guān)的參數(shù)得知，行程開關(guān)從自然狀態(tài)到臨界工作狀態(tài)行程大約5 mm，從臨界工作狀態(tài)到極限狀態(tài)的行程大約8 mm，因此，行程開關(guān)的行程為5～13 mm，考慮到零件差異、安裝差異及其他誤差，行程開關(guān)需要的工作行程為6～10 mm。

（2）通過(guò)測(cè)力計(jì)測(cè)試行程開關(guān)的觸點(diǎn)切換壓力值大約1 N·m，安裝塊螺釘為M5，安裝塊厚度為14 mm，因此，彈簧中徑設(shè)計(jì)為10 mm，彈簧工作行程應(yīng)不小于行程開關(guān)所需工作行程6～10 mm，選用目前常用的?1不銹鋼絲作為彈簧絲，根據(jù)彈簧的已知參數(shù)及以下計(jì)算公式[1-2]進(jìn)行計(jì)算：

F=kx?????????????? （1）

k=Gd4/（8nD3）?? （2）

H0=nt+（n0-0.5）d??? （3）

式中：F為力值;k為彈性系數(shù);x為形變量;G為材料鋼性模數(shù);d為線徑;n為彈簧有效圈數(shù);D為中徑;H0為彈簧總高度;t為節(jié)距;n0為彈簧總?cè)?shù)。

由公式（1）計(jì)算出彈性系數(shù)k，再根據(jù)公式（2）理論上計(jì)算出彈簧的有效圈數(shù)n=4。將彈簧支撐圈數(shù)定義為1.5圈，最后根據(jù)公式（3）得出彈簧總高度H0與節(jié)距t的關(guān)系，相互之間調(diào)整參數(shù)并根據(jù)彈簧壓力值得出彈簧總高度H0與節(jié)距t的初步數(shù)值。

（3）根據(jù)計(jì)算數(shù)值初步設(shè)計(jì)彈簧?？紤]到離合裝置漸開線高度差導(dǎo)致的彈簧工作行程損失，因此彈簧工作行程應(yīng)大于等于離合裝置離合軸套漸開線高度。目前離合軸套漸開線高度為8～10 mm，而且這種小型彈簧，由于彈簧設(shè)計(jì)工作壓力值的限制及需要依靠調(diào)節(jié)安裝塊螺釘作為彈簧導(dǎo)向等原因，其工作行程不可能太大，基于安裝塊螺釘長(zhǎng)度、離合軸套漸開線高度及行程開關(guān)所需的工作行程綜合考慮，設(shè)計(jì)彈簧總高度H0與節(jié)距t的數(shù)值。