孫 哲 倪惠浩 李健明

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0 引言

在我國電力行業(yè)發(fā)展的進(jìn)程中，10 kV真空斷路器作為電力系統(tǒng)中重要設(shè)備，其技術(shù)研究及發(fā)展歷史相對較短，造成在系統(tǒng)運(yùn)行中的10 kV真空斷路器故障率會高于其他電力設(shè)備。本文通過對運(yùn)行中發(fā)生故障的10 kV真空斷路器進(jìn)行故障分析，探討VS1型10 kV真空斷路器的開距和超程異常的故障原因及改進(jìn)方法。

1 10 kV真空斷路器簡介

額定開距是指真空斷路器在分閘位置時，斷路器的動觸頭與靜觸頭之間的最短距離。斷路器開合電流能力及機(jī)械使用壽命由額定開距的大小決定。在一些需要頻繁開合電流的場合，斷路器的額定開距會相對偏小，例如需配合頻繁投切電容器組的斷路器，但絕緣強(qiáng)度會因此而降低；需要絕緣強(qiáng)度大、能開斷短路電流、承受瞬態(tài)恢復(fù)電壓的場合，真空斷路器開距宜選擇得大一點(diǎn)，但根據(jù)巴申定律過大的開距并不會顯著增強(qiáng)真空滅弧室的絕緣強(qiáng)度，相反，只會增加操作機(jī)構(gòu)的操作功以及對波紋管的沖擊力，從而造成機(jī)械壽命的縮短[1]。

額定超程是指真空斷路器達(dá)到剛合狀態(tài)后，壓力彈簧繼續(xù)壓緊動觸頭而動作的壓縮行程。適配的超程能保證斷路器的動觸頭與靜觸頭在運(yùn)行時擁有符合運(yùn)行要求的接觸壓力，降低設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險；同時也能減小合閘彈跳，減少斷路器在關(guān)合電流時產(chǎn)生的觸頭損傷；能使分閘彈簧更早地參與分閘運(yùn)動，提高剛分速度，加快真空泡內(nèi)部的燃弧，提高短路電流開斷能力[1]。如超程偏小，合閘時動靜觸頭的接觸壓力就會不夠，容易出現(xiàn)合閘彈跳且造成觸頭損傷，從而影響設(shè)備的使用壽命；過大的超程則會增加斷路器在合閘時觸頭之間的碰撞力度，從而影響合閘的穩(wěn)定性。

10 kV真空斷路器采用平面布置的彈簧操動機(jī)構(gòu)，該操動機(jī)構(gòu)置于滅弧室前的機(jī)箱內(nèi)，機(jī)箱被4塊中間隔板分成5個裝配空間，其間分別裝有操動部分、儲能部分、傳動部分、脫扣部分和緩沖部分[2-3]。

2 10 kV真空斷路器開距及超程測量

2020年9月29日，某變電站#1電容器組571DR斷路器（森源VS1機(jī)構(gòu)）出現(xiàn)合閘過量現(xiàn)象，測量數(shù)據(jù)如表1所示，對該斷路器進(jìn)行故障排查及分析檢修。

表1 森源VS1真空斷路器參數(shù) 單位：mm

3 合閘過量故障排查

（1）檢查真空泡上樁連接導(dǎo)體是否存在變形現(xiàn)象，檢查上導(dǎo)體和絕緣筒連接是否可靠，固定位置是否存在虛接，暫無發(fā)現(xiàn)，可排除。

（2）針對絕緣拉桿壓力進(jìn)行測試，不排除絕緣拉桿長時間使用后發(fā)生變化，也可能存在質(zhì)量問題導(dǎo)致絕緣拉桿內(nèi)部彈簧壓力不足等等，故將返白云電器的斷路器絕緣子拉桿拆出進(jìn)行壓力測試，如表2所示。1 250/3.15 kA壓力范圍值為（3 100±200）N，經(jīng)測試可排除絕緣拉桿問題。

表2 森源VS1真空斷路器絕緣拉桿壓力檢測表

（3）檢查機(jī)構(gòu)傳動主軸拐臂、連板、連接拉桿拐臂的連接配合是否庫存虛位或間隙過大，暫無發(fā)現(xiàn)，可排除。

4 合閘過量故障分析

早期VS1斷路器機(jī)構(gòu)的設(shè)計幾乎全國統(tǒng)一，差異并不大。早期的VS1斷路器機(jī)構(gòu)均沒有合閘限位，后期的產(chǎn)品普遍都有增加（圖1）。機(jī)構(gòu)調(diào)試到最佳狀態(tài)范圍值內(nèi)，機(jī)構(gòu)其他部件不出現(xiàn)異常的情況下，可以考慮不加合閘限位。

圖1 VS1機(jī)構(gòu)早期與后期對比圖

本文所述發(fā)生合閘過量現(xiàn)象的10 kV真空斷路器沒有合閘限位，如有合閘限位可能就不會出現(xiàn)過量現(xiàn)象?，F(xiàn)判斷故障點(diǎn)是機(jī)構(gòu)傳動主軸拐臂、連板、連接拉桿拐臂之間的配合存在問題，如圖2所示。

圖2 主軸拐臂和連板之間結(jié)構(gòu)圖

結(jié)合森源提供的主軸拐臂、連接拉桿拐臂圖紙進(jìn)行模擬，并以白云VS1產(chǎn)品圖紙進(jìn)行對比，計算出主軸拐臂和連板之間的角度差，如表3所示。

表3 主軸拐臂和連板之間角度差值對比表

根據(jù)以上數(shù)據(jù)對比分析，主軸拐臂孔距36 mm，比國產(chǎn)少2 mm，連接拉桿拐臂103.5 mm，比國產(chǎn)多3.5 mm，主軸拐臂和連板角度僅12°，比國產(chǎn)少4°，導(dǎo)致主軸拐臂和連板接近呈直線，無法形成較大的角度；加上機(jī)構(gòu)合閘沒有限位裝置，當(dāng)機(jī)構(gòu)傳動合閘時儲能釋放能量較大，分閘彈簧拉開產(chǎn)生拉力，最終導(dǎo)致合閘時容易出現(xiàn)過沖現(xiàn)象。

5 合閘過量解決方法

主軸拐臂孔距36 mm不作更改（避免拆裝機(jī)構(gòu)主軸），連板孔距53 mm不作更改，將連接拉桿拐臂原103.5 mm孔距改為100 mm，增大主軸拐臂和連板之間的角度，原12°改為15°，如圖3所示。

圖3 更改前后對比結(jié)構(gòu)圖

增加合閘限位裝置，避免機(jī)構(gòu)出現(xiàn)合閘過量現(xiàn)象。在斷路器框架外部做增加較為方便，也有利于調(diào)節(jié)限位量，如圖4所示。現(xiàn)有機(jī)構(gòu)內(nèi)部鉆孔增加限位裝置，較難實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)限位，還可能存在鉆孔偏差大的問題，定位鉆孔時需將絕緣筒拆下才能進(jìn)行。

圖4 外部限位裝置方案圖

6 結(jié)語

本文通過對VS1型10 kV真空斷路器的合閘過量問題進(jìn)行分析，提出兩種因開距和超程異常造成故障的解決方案，在10 kV真空斷路器大修的情況下可以適當(dāng)考慮。該思路通用于不同型號的10 kV真空斷路器，可避免同類型問題造成斷路器無法正常開合電流的情況發(fā)生，對于確保10 kV真空斷路器健康穩(wěn)定運(yùn)行，保證生產(chǎn)和生活供電可靠性具有重大意義。