ZN系列斷路器合閘不到位故障研究與處理

祝偉圣　高吉國

摘要：本文介紹了ZN系列斷路器合閘故障原因，并提出了解決方案，為同型號(hào)斷路器類似故障的處理提供了建議。

關(guān)鍵詞：斷路器；故障；處理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.118

ZN12系列斷路器系90年代末仿西門子3AH斷路器戶內(nèi)斷路器，運(yùn)行均已10余年年以上，目前已逐漸被VS1、VH4、西門子的3AF以及ABB公司的VD4斷路器所代替，但仍然有很多產(chǎn)品在電網(wǎng)中運(yùn)行，此系列斷路器運(yùn)行狀況較差，多次發(fā)生拒分、拒合故障。

某日10時(shí)58分，某變電站10kV線路A、B相故障，斷路器跳閘，重合成功；10時(shí)59分，A、C相再次發(fā)生永久短路故障，斷路器跳閘重合不到位，斷路器不能立即分閘（分閘指令已發(fā)出），但實(shí)際上斷路器觸頭在故障電流下已經(jīng)靠電弧導(dǎo)通，2#主變低后備Ⅱ、Ⅲ段復(fù)壓過流保護(hù)動(dòng)作，二主二次斷路器跳閘，2秒鐘后，線路斷路器在儲(chǔ)能電機(jī)的帶動(dòng)下，合閘到位斷路器分閘。

相同故障在該變的其他10kV線路上也出現(xiàn)過越級跳主二次斷路器故障。

1故障原因查找經(jīng)過

第一階段：

故障當(dāng)天，相關(guān)專業(yè)人員對線路斷路器進(jìn)行測試，模擬開斷永久故障，進(jìn)行“跳-合-跳”測試，斷路器偶發(fā)性出現(xiàn)一次合閘不到位，導(dǎo)致斷路器無法按保護(hù)指令分閘的現(xiàn)象。

分析認(rèn)為：運(yùn)行10年以上的彈簧儲(chǔ)能斷路器存在合閘彈簧疲勞的問題，致使有時(shí)合閘力量不足所致。提出“更換彈簧和對彈簧拉力進(jìn)行測試”整改措施。

第二階段：

一周后，委托專業(yè)公司對新、舊合閘彈簧拉力進(jìn)行測試比較，由測試結(jié)果來看，雖然運(yùn)行12年后的彈簧合閘拉力都在合格范圍內(nèi)，但比新購進(jìn)彈簧拉力都有所降低，分析認(rèn)為斷路器合閘彈簧經(jīng)過長時(shí)間的拉伸，存在一定疲勞現(xiàn)象，合閘拉力減小，由于某變沒有原始彈簧拉力記錄，無法確定拉力降低值，但估計(jì)不會(huì)低于100N。

分析認(rèn)為機(jī)構(gòu)存在卡澀，或因斷路器的多次開斷燒損，觸頭超行程可能發(fā)生，從而影響斷路器機(jī)構(gòu)配合間隙。

再次對該變10kV備用斷路器以及另外一個(gè)66kV變電站10kV電容器等2組ZN12斷路器進(jìn)行機(jī)械特性測試，單次分合閘均正常，觸頭開距、超行程、分合閘時(shí)間、低電壓動(dòng)作特性測試均合格，卡澀點(diǎn)沒有找到。只有兩條線路斷路器主觸頭直流電阻略微超標(biāo)最大34μΩ（出廠標(biāo)準(zhǔn)≤25μΩ，運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)30bμΩ），說明觸頭有一定量的燒損，但不至于影響斷路器分合是否到位。

第三階段：

為徹底查找斷路器故障原因，消除設(shè)備隱患，決定選擇故障開斷次數(shù)較多的某10kV線路再次進(jìn)行測試比較。

7月14日—15日，公司組織專業(yè)人員，再次進(jìn)行測試調(diào)整和解體。

（1）測試過程。7月14日，對10kV斷路器做“跳-合-跳”測試，第一次動(dòng)作成功。第二次動(dòng)作時(shí)，故障出現(xiàn)，即斷路器合閘不到位，斷路器不能按指令分閘，分析認(rèn)為，凸輪、合閘滾子與合閘掣子間存在卡澀，后來分閘原因是儲(chǔ)能電機(jī)帶動(dòng)合閘機(jī)構(gòu)越過卡澀點(diǎn)后，合閘到位后分閘成功的。

于是進(jìn)一步尋卡澀點(diǎn)，斷開電機(jī)儲(chǔ)能電源，繼續(xù)作“跳合跳”測試，發(fā)現(xiàn)斷路器凸輪甩過合閘滾子一半左右時(shí)卡住，合上儲(chǔ)能電機(jī)電源后，凸輪甩過卡澀點(diǎn)，合閘成功。

進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)凸輪與合閘滾子之間的間隙較大，分析卡澀原因是在彈簧剛剛釋放能量較大時(shí)凸輪卻走了一段空行程，當(dāng)凸輪與合閘磙子接觸后，彈簧能量已經(jīng)釋放很多，能量不足以甩過受力點(diǎn)而卡住。

（2）配合間隙調(diào)整。減小凸輪與合閘磙子間的配合間隙，于是增加合閘拉桿長度（左旋半圈），繼續(xù)作“跳-合-跳”測試，情況好轉(zhuǎn)，但當(dāng)進(jìn)行到第六次“跳-合-跳”測試時(shí)，故障再次出現(xiàn)。

分析認(rèn)為凸輪與分閘掣子間的間隙太小，出現(xiàn)卡澀，于是再次縮短合閘連桿長度（右旋1圈），即縮短半圈，繼續(xù)作“跳合跳”測試，故障頻率增加。

可見，凸輪與合閘掣子間隙減小時(shí)，凸輪于合閘磙子間的間隙又增大了，很難調(diào)整到一個(gè)理想狀態(tài)。同時(shí)分析認(rèn)為斷路器減速箱內(nèi)齒輪可能存在卡澀現(xiàn)象。

（3）機(jī)構(gòu)解體。7月15日，將斷路器機(jī)構(gòu)箱解體，發(fā)現(xiàn)減速箱潤滑脂正常，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，減速箱無問題。將該斷路器更換新的合閘彈簧后，將合閘拉桿長度增加半圈后，進(jìn)行10次“跳合跳”測試正確，恢復(fù)備用。

第四階段：

為進(jìn)一步查找斷路器拒合原因，確定整改方案，公司再次選擇另一條線路再次進(jìn)行測試：

調(diào)度所繼電班首先對該斷路器在試驗(yàn)位置進(jìn)行10次“跳-合-跳”測試，均正確動(dòng)作，更換彈簧后又進(jìn)行了10次“跳-合-跳”測試，均正確動(dòng)作。拖至檢修位置高壓試驗(yàn)及斷路器機(jī)械動(dòng)作特性測試均合格。虹橋線斷路器合格。

2原因分析

ZN12-10斷路器是仿西門子3AH斷路器，制造工藝要求較高，而斷路器出廠調(diào)試按著新彈簧的拉力值調(diào)試的配合間隙，經(jīng)過運(yùn)行磨損、分合閘沖擊，震動(dòng)，配合間隙難免發(fā)生變化，機(jī)構(gòu)各轉(zhuǎn)動(dòng)部分潤滑也不如出廠時(shí)狀態(tài)良好，這樣要求的合閘拉力應(yīng)變大；而另一方面，斷路器長期運(yùn)行在合閘位置，合閘彈簧一直處于拉伸狀態(tài)，存在疲勞問題，拉力降低了。這樣一方面合閘能量需求增加，而另一方面彈簧的合閘能量卻降低了，所以雖然彈簧拉力仍在合格范圍內(nèi)，但當(dāng)拉力處于下偏差時(shí)，彈簧能量就不足以使凸輪迅速甩過合閘磙子，造成斷路器合閘不到位。

3整改措施

（1）立即安排對某變24組ZN12斷路器進(jìn)行大修，更換經(jīng)測試合格且拉力偏上限的新合閘彈簧，對合閘磙子、主軸、萬向桿端軸承等各轉(zhuǎn)動(dòng)部位涂低溫潤滑脂后，需要由調(diào)度所模擬開斷永久故障，進(jìn)行連續(xù)10次“跳-合-跳”測試。如果“跳-合-跳”測試不合格，需要由檢修人員逐步調(diào)整合閘拉桿長度（一般首先左旋半圈即拉桿加長），再進(jìn)行10次“跳-合-跳”測試合格后，再經(jīng)變電檢修、高壓專業(yè)測試合格，方可投運(yùn)。

（2）其他型號(hào)的10kV真空斷路器機(jī)構(gòu)一定要按計(jì)劃（9-10年）大修，除了進(jìn)行正常的機(jī)械特性和高壓試驗(yàn)外，調(diào)度所要加作不少于10次的連續(xù)“跳-合-跳”測試。

（3）今后新投運(yùn)的10kV及以上斷路器也要進(jìn)行不少于10次的連續(xù)“跳-合-跳”測試。