VSK真空斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)可靠性淺析

郝偉偉

摘要：本研究是對(duì)VSK斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作的可靠性淺析，針對(duì)常出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析和處理，也是VSK斷路器技術(shù)方面的積累。

關(guān)鍵詞：真空斷路器，彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，故障，拒合，拒分

1 引言

高壓真空斷路器作為電力系統(tǒng)運(yùn)行中重要的控制設(shè)備和保護(hù)設(shè)備，由于無污染、體積小及優(yōu)良的開斷性能等特點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)40.5kV及以下電流等級(jí)的斷路器基本上以真空斷路器配彈簧操作機(jī)構(gòu)為主，因而操作機(jī)構(gòu)的可靠性對(duì)于電力系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行至關(guān)重要。

2 彈簧機(jī)構(gòu)工作原理及常見故障

目前，我公司生產(chǎn)VSK真空斷路器以其卓越的機(jī)械和電氣性能是我公司的主打產(chǎn)品，深受用戶青睞。VSK-12系列真空斷路器是在原VS1型產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)真空斷路器的小型化、高可靠、免維護(hù)而全新設(shè)計(jì)的新一代改進(jìn)型產(chǎn)品；其采用彈簧式操動(dòng)機(jī)構(gòu)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)具有手動(dòng)儲(chǔ)能和電動(dòng)儲(chǔ)能兩種儲(chǔ)能方式，安裝在斷路器架體的機(jī)構(gòu)箱內(nèi)，機(jī)構(gòu)箱分別裝有操動(dòng)機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)能部分、傳動(dòng)部分、脫扣部分和緩沖部分；其采用固封極柱技術(shù)，主導(dǎo)電回路部分完全密閉，與外界環(huán)境隔離，極大的提高了斷路器的外絕緣能力，完全避免了滅弧室上沿面閃絡(luò)的可能，從而使斷路器具有優(yōu)異的抗污穢、抗潮濕、抗粉塵能力；其配有電動(dòng)底盤車，可遠(yuǎn)程控制搖進(jìn)、搖出；其外形設(shè)計(jì)為弧線形面板、插頭放置在面板上面的塑料盒內(nèi)比VS1外形更加漂亮美觀。

本文就以VSK真空斷路器的可靠性進(jìn)行分析。

2.1 彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)

彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是一種以彈簧作為儲(chǔ)能元件的機(jī)械式操動(dòng)機(jī)構(gòu)。彈簧的儲(chǔ)能借助電動(dòng)機(jī)通過減速裝置來完成，并經(jīng)過鎖扣系統(tǒng)保持在儲(chǔ)能狀態(tài)。開斷時(shí)，鎖扣借助磁力脫扣，彈簧釋放能量，經(jīng)過機(jī)械傳遞單元使觸頭運(yùn)動(dòng)。

彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，分合閘操作采用彈簧實(shí)現(xiàn)。儲(chǔ)能電機(jī)給合閘彈簧儲(chǔ)能，合閘時(shí)合閘彈簧的能量一部分用來合閘，另一部分用來給分閘彈簧儲(chǔ)能。合閘彈簧一釋放，儲(chǔ)能電機(jī)立刻給其儲(chǔ)能，儲(chǔ)能時(shí)間不超過15s（儲(chǔ)能電機(jī)采用交直流兩用電機(jī)）。運(yùn)行時(shí)分合閘彈簧均處于壓縮狀態(tài)，而分閘彈簧的釋放有一獨(dú)立的系統(tǒng)，與合閘彈簧沒有關(guān)系。以我公司VSK彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)為例討論可靠性。

2.1.1 VSK彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作原理

斷路器合閘所需能量由彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)供給，儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)可以由外部電源驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成，也可以由手動(dòng)儲(chǔ)能把手儲(chǔ)能.儲(chǔ)能完成后，儲(chǔ)能指示牌顯示“已儲(chǔ)能”.同時(shí)，儲(chǔ)能切換開關(guān)切斷儲(chǔ)能電機(jī)電源，斷路器處于待合閘狀態(tài).在合閘操作中，不論用手按下“合閘”按鈕或遠(yuǎn)方操作使合閘電磁鐵動(dòng)作，均可使斷路器合閘.合閘動(dòng)作完成后，儲(chǔ)能指示牌、儲(chǔ)能切換開關(guān)復(fù)位，電機(jī)電源接通.電機(jī)再次儲(chǔ)能.合閘指示牌顯示“合”.輔助開關(guān)接點(diǎn)轉(zhuǎn)換.在分閘操作中，不論用手按下“分閘”按鈕或遠(yuǎn)方操作使分閘電磁鐵動(dòng)作，均可使斷路器分閘，分閘動(dòng)作完成后，分閘指示牌顯示“分”.輔助開關(guān)接點(diǎn)轉(zhuǎn)換.同時(shí)在分閘操作中，計(jì)數(shù)器自動(dòng)進(jìn)一位，可從面板觀察窗看到相應(yīng)的數(shù)字.合閘操作完成后，在斷路器未分閘時(shí)，斷路器將不能再次合閘.斷路器合閘操作完成后，如合閘信號(hào)未及時(shí)去掉，斷路器內(nèi)部防跳控制回路，將切斷合閘回路防止多次重合閘.手車斷路器在未到實(shí)驗(yàn)位置或工作位置時(shí)，斷路器不能合閘.

2.1.2、VSK彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)故障分析

近年來，VSK真空斷路器越來越普遍應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，斷路器會(huì)出現(xiàn)異常現(xiàn)象，特別是斷路器拒分、拒合嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行，因此，對(duì)其結(jié)構(gòu)故障進(jìn)行分析，對(duì)產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行改進(jìn)是很有必要的。

2.1.2.1、合閘可靠性故障：拒合

這在設(shè)備生產(chǎn)調(diào)試過程中，經(jīng)常遇到的情況。拒合包括

⑴合閘命令發(fā)出后合閘摯子并沒脫扣而發(fā)生拒合故障，見圖-2；

⑵彈操機(jī)構(gòu)在合分儲(chǔ)能時(shí)，斷路器進(jìn)行了一次未完整的合閘動(dòng)作，滅弧室的動(dòng)、靜觸頭執(zhí)行了未可靠的關(guān)合邊又馬上開斷的合、分動(dòng)作，整個(gè)過程為合分操作，容易發(fā)生事故。

造成拒合的原因較多，

⑴合閘摯子表面因磨損、生銹等原因使摩擦力增大，致使合閘摯子并沒有可靠脫扣。這樣還造成合閘線圈持續(xù)得電，致使線圈長(zhǎng)時(shí)間帶電而燒壞，見圖-2；

⑵合閘鐵芯吸合到底時(shí)，合閘摯子與凸輪軸保持滾輪之間打結(jié)太深，摯子與滾輪不能解扣，也會(huì)使線圈長(zhǎng)時(shí)間帶電而燒壞，見圖-2；

⑶機(jī)構(gòu)在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程中，由于轉(zhuǎn)軸與軸承間、軸承與基架孔間的配合尺寸設(shè)計(jì)不合理.造成各轉(zhuǎn)動(dòng)部位的摩擦阻力矩劇增，使機(jī)構(gòu)與半軸不能可靠扣接，甚至不扣接，見圖-3；

⑷從脫扣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)（即保持合閘結(jié)構(gòu)）分析可以看出，半軸彈簧力量弱，半軸復(fù)位慢，機(jī)構(gòu)軸件多，扣板及摯子的形狀復(fù)雜，斷路器合閘保持摯子與半軸材質(zhì)、工藝性差，精度難以保證，這些是造成運(yùn)動(dòng)能力低、脫扣動(dòng)作不可靠的原因之一，見圖-3；

⑸分閘頂桿調(diào)節(jié)螺栓鎖母松動(dòng)，造成在長(zhǎng)期運(yùn)行中，半軸扣合量改變，再加上斷路器合閘時(shí)震動(dòng)，影響合閘保持摯子可靠扣合；

⑹半軸與摯子扣合部位潤(rùn)滑油較多，接觸面的表面粗糙度降低，影響扣合，見圖-3；

⑺對(duì)保護(hù)回路進(jìn)行檢查分析，是否存在配合問題；核對(duì)保護(hù)動(dòng)作裝置（如合閘閉鎖）是否動(dòng)作，防止因接線異常或者保護(hù)裝置啟動(dòng)，影響斷路器合閘；

⑻手車未搖到試驗(yàn)或工作位置，合閘聯(lián)鎖板頂住合閘槽板上的脹銷造成斷路器無法操作，無法合閘；

⑼二次線路斷線或輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換不到位，無法合閘；

⑽控制母線電壓低，合閘線圈產(chǎn)生的沖擊力就不夠大，若這時(shí)機(jī)構(gòu)又稍微有些動(dòng)作不靈活，就不能釋放彈簧能量，無法合閘，最后還會(huì)導(dǎo)致合閘線圈燒毀。

2.1.2.2、拒分

拒分是分閘命令發(fā)出后，分閘電磁鐵動(dòng)作而斷路器還在合狀態(tài)。

造成拒分的原因較多

⑴分閘二級(jí)摯子與半軸扣接量過大；

⑵分閘滾輪和分閘摯子表面有銹、灰塵等原因造成轉(zhuǎn)動(dòng)困難，使二者分離時(shí)摩擦力增大；

⑶分閘電磁鐵卡滯、脫落、燒壞或分閘頂桿嚴(yán)重變形分閘時(shí)卡死。發(fā)生拒分故障后很容易造成分閘線圈的燒壞，從而造成嚴(yán)重的運(yùn)行事故；

⑷分閘彎板螺釘是否松動(dòng)，致使分閘半軸無法正確轉(zhuǎn)動(dòng)，出現(xiàn)拒分。

2.1.2.3、儲(chǔ)能故障

VSK斷路器出現(xiàn)儲(chǔ)能不到位有以下幾方面：

⑴離合器滑塊不復(fù)位，使鏈輪無法驅(qū)動(dòng)離合器，不能可靠?jī)?chǔ)能；

⑵合閘簧尚未儲(chǔ)能完畢，微動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換完成，切斷了電機(jī)電源，電機(jī)儲(chǔ)能不到位；

⑶合閘簧儲(chǔ)能完畢，微動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換沒有得到及時(shí)完成，或行程開關(guān)損壞，致使電機(jī)回路沒有切斷，儲(chǔ)能電機(jī)不停運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 提高動(dòng)作可靠性的措施

3.1、解決拒合故障措施

⑴檢修時(shí)給合閘摯子和滾輪加潤(rùn)滑油，對(duì)轉(zhuǎn)軸和軸套、軸承之間加潤(rùn)滑油；

⑵通過調(diào)整偏心螺釘來調(diào)節(jié)合閘摯子與滾輪的扣接量；

⑶對(duì)合閘保持摯子、半軸扭簧和保持滾輪直徑的合理設(shè)計(jì)，確保摯子材質(zhì)、精度優(yōu)良，扭簧力度合理，滾輪直徑合適可靠，使其脫扣動(dòng)作可靠；

⑷調(diào)整分閘摯子與半軸的扣接量為0.8-1.5，保證扣接可靠；

⑸檢查合閘線圈是否卡滯或燒壞；

⑹檢查保護(hù)裝置（閉鎖）是否動(dòng)作或燒壞，檢查小車位置是否正確，

⑺檢查二次回路是否斷線，輔助開關(guān)是否轉(zhuǎn)換到位，或有沒燒壞。

⑻保證合格的控制母線電壓，加強(qiáng)直流系統(tǒng)的日常巡視，維護(hù)好蓄電池。同時(shí)，必須保證斷路器的最低操作電壓合格（合閘85%，分閘65%），主要還是操作機(jī)構(gòu)的調(diào)整要適當(dāng)，在每次開關(guān)檢修后，均應(yīng)作此試驗(yàn)，保證機(jī)構(gòu)動(dòng)作可靠。

3.2、解決拒分故障措施

⑴調(diào)整分閘摯子與半軸的扣接量為0.8-1.5，并在檢修時(shí)及時(shí)調(diào)整扣接量；

⑵加強(qiáng)摯子半軸的硬度檢測(cè)，減少摯子表面磨損，對(duì)摯子表面潤(rùn)滑減少摩擦；

⑶檢查分閘線圈，電阻增加頂桿動(dòng)能降低，脫扣能量不足，頂桿是否卡滯和變形，更換線圈。

3.3、解決儲(chǔ)能故障的措施

⑴裝配之前檢查離合器滑塊并加潤(rùn)滑油；確?；瑝K動(dòng)作靈活，可靠復(fù)位；

⑵改進(jìn)儲(chǔ)能拐臂結(jié)構(gòu)，將儲(chǔ)能拐臂鍵槽延中心逆時(shí)針偏3度，經(jīng)試驗(yàn)證明現(xiàn)在沒有出現(xiàn)儲(chǔ)能不到位；

⑶調(diào)整微動(dòng)開關(guān)安裝位置，實(shí)現(xiàn)電機(jī)準(zhǔn)確斷電。

3.4 結(jié)語

⑴在設(shè)計(jì)方面優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，提高零部件的精度，提高相對(duì)配合零部件的合理配合；

⑵由于真空斷路器的機(jī)構(gòu)在線監(jiān)測(cè)仍無成熟的手段，所以在日常運(yùn)行、維護(hù)、檢修要加強(qiáng)真空斷路器整體結(jié)構(gòu)性能的了解，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)處理；

⑶VSK機(jī)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)，增加自有脫扣功能。

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