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】本文以一起实际故障案例对110kV弹簧机构断路器拒动故障展开深究分析，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具有保护和控制两组作业模式，电网安全稳定运行与其运作的安全、可靠性存在直接联系。电力系统中断路器拒动是常见故障， 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以供参考。

1、故障简要概述

在本实际研究案例中，没有发生故障前运行方式为: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，主变压器后备保护动作跳开主变压器 110 k V 侧开关，导致线路保障失效，110 k V 1号母线失压，发生电路故障。 对该线路断路器本次故障拒分的因素进行分析，电力系统维护技术人员对110 k V变电站二次系统、一次系统做出全面检查发现，主拐臂脱扣轴销转动时发生了卡涩的问题， 有明显的压痕存在于主拐臂脱扣轴销轴承安装孔内壁。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，并对线路做了一次动作电压及机械特性试验，发现运作状况合格。

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和现场检查结果相对比，存在压痕位置一致性。说明 主拐臂脱扣轴销轴承安装孔与脱扣轴销滚针轴承之间在运作过程中，存在接触部位应力过大的情况，造成有明显的压痕存在于主拐臂脱扣轴销轴承安装孔内壁上。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，轴销受此影响下，是难以进行转动的，此时，合闸保持掣子与主拐臂也受此影响下不能正常脱扣，这就是分闸失败主因素。为执行分闸任务的电力系统持续通电运行，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，受力面积得以增大而减小了应力产生，进而可以促使滚针能够灵活转动，有效解决了卡涩现象。

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台开关机构存在明显压痕存在于主拐臂脱扣轴销安装孔内壁上。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，降低脱扣轴销对主拐臂安装孔处应力，解决压痕形成问题。先提出4点建议，避免类似故障发生：

（1）完善采购和检修标准，促使相关技术人员严格按照采购标准执行弹簧机构断路器采购工作，同时严格依照检修规范标准对长期处于合闸状态下的弹簧机构断路器性能予以定期检查， 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，通过在脱扣轴销轴承增加外圈，已达到增大受力面积，降低脱扣轴销对主拐臂安装孔处应力，解决压痕问题。

（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，强化对断路器重要部件的定期检测工作，有效避免故障问题发生。

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，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】

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