徐仕林 王明江 朱一昕 晏慶豐

摘要：本文通過(guò)對(duì)一起±500kV某換流站交流濾波器小組斷路器分合閘過(guò)程中彈簧操作機(jī)構(gòu)軸承斷裂導(dǎo)致儲(chǔ)能異常進(jìn)行分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)拆卸觀察和返廠解體檢查，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，驗(yàn)證了此次儲(chǔ)能異常的原因，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，從而為避免再次發(fā)生類似事故提供一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：斷路器;彈簧機(jī)構(gòu);儲(chǔ)能異常

前言

在高壓直流輸電系統(tǒng)中，斷路器不僅能完成不同運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換，發(fā)生故障時(shí)還能可靠地切斷故障電流，是電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護(hù)設(shè)備。實(shí)際的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，斷路器的故障大多數(shù)都和其操作機(jī)構(gòu)有關(guān)，同時(shí)操作機(jī)構(gòu)也是斷路器比較容易出現(xiàn)問(wèn)題的附件之一，表1為部分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。而彈簧操作機(jī)構(gòu)為斷路器的正常運(yùn)行提供必需的動(dòng)力，儲(chǔ)能電機(jī)作為彈簧操作機(jī)構(gòu)的動(dòng)力來(lái)源，它的穩(wěn)定性和可靠性與否直接關(guān)系到斷路器能否正常工作。本文通過(guò)一起交流濾波器小組斷路器彈簧操作機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能異常的故障情況展開(kāi)分析，對(duì)彈簧操作機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能電機(jī)的輸出特性提出適應(yīng)性更強(qiáng)的新要求。

1 故障情況

±500kV某換流站561交流濾波器561斷路器B相在開(kāi)展檢查斷路器分、合閘回路工作期間進(jìn)行試分合試驗(yàn)時(shí)，在斷路器完成合閘后彈簧機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能過(guò)程即將完成時(shí)出現(xiàn)異常聲響，檢查發(fā)現(xiàn)合閘緩沖器軸承斷裂，機(jī)構(gòu)箱底部有金屬零件掉落，儲(chǔ)能后沖角出現(xiàn)超標(biāo)（要求不大于120°即可見(jiàn)齒數(shù)不超過(guò)25齒）。

2 原因分析

故障斷路器彈簧操作機(jī)構(gòu)采用西門子（杭州）產(chǎn)的3AP2-FI型斷路器FA5彈簧操作機(jī)構(gòu)，其工作原理如圖1所示。機(jī)構(gòu)在儲(chǔ)能過(guò)程中，儲(chǔ)能電機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)裝置帶動(dòng)頂桿轉(zhuǎn)動(dòng)，頂桿推動(dòng)儲(chǔ)能小凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)頂桿運(yùn)動(dòng)到頂部時(shí)由三角凸輪完成機(jī)械離合，隨后儲(chǔ)能限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作，儲(chǔ)能結(jié)束?，F(xiàn)場(chǎng)拆卸觀察除合閘緩沖器軸承有明顯斷裂痕跡外，機(jī)構(gòu)箱鑄件殼體未出現(xiàn)可見(jiàn)裂紋，儲(chǔ)能電機(jī)運(yùn)行正常。對(duì)故障機(jī)構(gòu)開(kāi)展返廠解體檢查：（1）儲(chǔ)能小凸輪尖角處發(fā)現(xiàn)有明顯磨損，曲柄凸輪反向運(yùn)動(dòng)時(shí)與合閘緩沖器軸承接觸面處也有明顯磨損痕跡;（2）合閘緩沖器軸承斷裂，鋁撥叉上表面有明顯磨損痕跡。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)拆卸觀察和返廠解體檢查，認(rèn)為故障機(jī)構(gòu)發(fā)生機(jī)構(gòu)“反打”現(xiàn)象——當(dāng)頂桿與儲(chǔ)能小凸輪嚙合不充分而提前滑脫時(shí)，曲柄凸輪在合閘彈簧作用力下將往回拉，合閘彈簧釋能同時(shí)造成機(jī)構(gòu)“反打”，直接造成合閘彈簧操作功全部作用于固定在機(jī)構(gòu)殼體上的合閘緩沖器軸承。機(jī)構(gòu)“反打”的根本原因在于機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能過(guò)程中動(dòng)能較大，導(dǎo)致頂桿與儲(chǔ)能小凸輪之間產(chǎn)生較大的過(guò)沖而無(wú)法可靠嚙合，進(jìn)而發(fā)生提前機(jī)械離合現(xiàn)象，造成機(jī)構(gòu)“反打”。

3 改進(jìn)措施

衡量?jī)?chǔ)能過(guò)沖程度的標(biāo)準(zhǔn)為檢查機(jī)構(gòu)后沖角度，即儲(chǔ)能結(jié)束時(shí)，由于電機(jī)自身慣性，儲(chǔ)能小凸輪仍會(huì)繼續(xù)向后轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，示意圖如圖2所示。故障機(jī)構(gòu)使用的是轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加而下降速率很快的串勵(lì)電機(jī)，但儲(chǔ)能結(jié)束時(shí)電機(jī)處于空載或輕載運(yùn)行，串勵(lì)電機(jī)依然存在很大的慣性，并保持較高轉(zhuǎn)速，有造成儲(chǔ)能后沖角度有超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。而復(fù)勵(lì)電機(jī)的機(jī)械特性較串勵(lì)電機(jī)更軟，其功率輸出特性較為平穩(wěn)，對(duì)電機(jī)儲(chǔ)能過(guò)沖的控制效果明顯，更有利于頂桿與小凸輪的可靠接觸，因此將原來(lái)的串勵(lì)電機(jī)更換為復(fù)勵(lì)電機(jī)，原串勵(lì)電機(jī)及現(xiàn)復(fù)勵(lì)電機(jī)參數(shù)特性如表2所示。并在現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)斷路器儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)的機(jī)械特性（包括速度），低電壓動(dòng)作特性進(jìn)行多次試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均合格。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)一起3AP2-FI型斷路器FA5彈簧操作機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能異常展開(kāi)分析，當(dāng)使用串勵(lì)電機(jī)的彈簧操作機(jī)構(gòu)出現(xiàn)以下情況：（1）現(xiàn)場(chǎng)后沖角度檢查超過(guò)120°，即可見(jiàn)齒數(shù)超過(guò)25齒;（2）小凸輪尖角磨損;（3）曲柄凸輪反向運(yùn)動(dòng)時(shí)與合閘緩沖器軸承接觸面磨損;（4）合閘緩沖器軸承斷裂。本文筆者認(rèn)為電機(jī)儲(chǔ)能過(guò)沖可能是主要原因，在滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的技術(shù)要求下，建議將原來(lái)的串勵(lì)電機(jī)更換為復(fù)勵(lì)電機(jī)，可以有效規(guī)避彈簧操作機(jī)構(gòu)后沖角度超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]西門子股份有限公司。西門子550kV 3AP2-FI型斷路器操作說(shuō)明書(shū)，2017年。

[2]中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司。500kV瓷柱式高壓交流六氟化硫斷路器技術(shù)規(guī)范，2011年。

[3]李發(fā)海，朱東起。電機(jī)學(xué)（第五版），2020年。

作者簡(jiǎn)介：徐仕林（1994年12月），男，電氣助理工程師，從事?lián)Q流站運(yùn)行維護(hù)工作，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局;

王明江（1995年5月），男，電氣助理工程師，從事?lián)Q流站運(yùn)行維護(hù)工作，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局;

朱一昕（1994年10月），男，電氣助理工程師，從事?lián)Q流站運(yùn)行維護(hù)工作，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局;

晏慶豐（1987），男，學(xué)士，工程師，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局變電運(yùn)行所，從事變電運(yùn)行與維護(hù)方面的研究工作。