一起斷路器連桿軸銷脫落導(dǎo)致分合閘事故的原因分析與處理措施

泰安泰山高壓開關(guān)有限公司 吳克彥 張焦春

GIS斷路器本體內(nèi)部都會充入SF6氣體，統(tǒng)稱SF6斷路器，是通過一套完整的機(jī)械操作系統(tǒng)來帶動內(nèi)部動觸頭的分合，通過觸頭的分合來開斷運(yùn)行電流及故障電流。這一套設(shè)備機(jī)械操作裝置稱為操動機(jī)構(gòu)，操動機(jī)構(gòu)要想帶動內(nèi)部動觸頭進(jìn)行動作，則必須通過傳動部件來完成，這一傳動部件就稱為傳動連桿。當(dāng)斷路器連桿軸銷脫落后會使斷路器本體無法進(jìn)行正常的分合閘操作，進(jìn)而導(dǎo)致電氣設(shè)備的損壞。

1 故障經(jīng)過及檢查處理

2018年9月9日，一座110kV變電站在執(zhí)行線路間隔斷路器運(yùn)行轉(zhuǎn)熱備用時(shí)，出現(xiàn)了斷路器機(jī)構(gòu)分閘后本體沒有斷開的故障，運(yùn)行人員隨即對現(xiàn)場進(jìn)行了詳細(xì)的檢查，發(fā)現(xiàn)該線路間隔斷路器本體和操作機(jī)構(gòu)間連接的傳動連桿軸銷脫落。生產(chǎn)廠家立即召集技術(shù)、質(zhì)量、工藝、生產(chǎn)和服務(wù)等部門的負(fù)責(zé)人進(jìn)行緊急情況分析，由于此前從未遇到這種情況，所以一致決定立即安排專業(yè)技術(shù)人員盡快趕到現(xiàn)場進(jìn)行檢查分析，找出故障原因并進(jìn)行有針對性的處理。

2018年9月11日上午，生產(chǎn)廠家技術(shù)人員攜帶必要的備品備件趕到了變電站現(xiàn)場，在供電公司檢修人員的配合下，對該間隔斷路器機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的外觀檢查，由于供電公司檢修人員已將脫落的軸銷恢復(fù)到原位，所以斷路器機(jī)構(gòu)和斷路器本體的位置都處于正常狀態(tài)，但軸銷上的卡圈消失且使用鐵絲進(jìn)行了臨時(shí)固定，生產(chǎn)廠家技術(shù)人員又對其他間隔的斷路器進(jìn)行了統(tǒng)一檢查，在檢查中又發(fā)現(xiàn)另一臺斷路器連桿的軸銷也已脫出，同時(shí)固定軸銷的卡圈消失。由于該站是正常的運(yùn)行狀態(tài)，不具備全部更換傳動系統(tǒng)的條件，為盡快處理好該故障，生產(chǎn)廠家技術(shù)人員按照供電公司的要求，先將兩臺存在質(zhì)量隱患的軸銷重新安裝卡圈。

2 動作原理

彈簧機(jī)構(gòu)斷路器由斷路器本體（含滅弧室）、機(jī)構(gòu)箱、彈簧機(jī)構(gòu)、傳動連桿等元件組成，斷路器分合閘操作由機(jī)構(gòu)輸出功通過傳動連桿作用在斷路器滅弧室實(shí)現(xiàn)。110kV GIS本體為三相共箱式結(jié)構(gòu)，且共用一臺彈簧操動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)開斷電流的操作[1]。彈簧機(jī)構(gòu)主要分為電機(jī)儲能系統(tǒng)、合閘彈簧裝配和分閘彈簧裝配等部分。斷路器用彈簧操動機(jī)構(gòu)的主要功能是帶動本體實(shí)現(xiàn)合閘動作、分閘動作和重合閘動作，同時(shí)還起到限位的作用，確保本體穩(wěn)定的處于分閘狀態(tài)或是合閘狀態(tài)[2]。

合閘彈簧儲能：在分閘位置，合閘彈簧為儲能狀態(tài)，合閘彈簧儲能前其處于預(yù)被壓縮狀態(tài)，電機(jī)與棘爪軸通過一對齒輪相連接。當(dāng)斷路器合閘操作完畢時(shí)，行程開關(guān)將儲能電機(jī)接通，通過拉桿將合閘彈簧儲能存儲能量時(shí)，機(jī)構(gòu)的儲能電機(jī)通過帶動棘爪相互交替推動棘輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，通過儲能棘輪上的軸銷及機(jī)構(gòu)本體的傳動拉桿帶動合閘彈簧壓縮存儲能量，當(dāng)棘輪上的軸銷通過轉(zhuǎn)動到達(dá)左側(cè)死點(diǎn)時(shí)，合閘彈簧帶動棘輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)過，轉(zhuǎn)過角度大約為2°，在合閘彈簧力的作用下棘輪受到旋轉(zhuǎn)的力矩，但合閘脫扣器將棘輪上的合閘止位銷鎖住，從而完成儲能動作，通過儲能行程開關(guān)切斷電機(jī)電源，使棘爪與棘輪相脫離[3-5]。

合閘操作：合閘操作時(shí)斷路器機(jī)構(gòu)會處于分閘狀態(tài)，同時(shí)合閘彈簧處于儲能狀態(tài)，分閘彈簧處于釋放狀態(tài)。當(dāng)合閘電磁鐵受電動作后，合閘電磁鐵的動鐵芯也會瞬間吸合帶動合閘導(dǎo)桿撞擊合閘摯子順時(shí)針方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，同時(shí)釋放儲能保持摯子。合閘脫扣器釋放棘輪上的合閘止位銷，從而在合閘彈簧的作用下，棘輪通過主軸帶動凸輪旋轉(zhuǎn)，凸輪又推動主拐臂上的磙子，再帶動主拐臂和通過拉桿帶動傳動拐臂旋轉(zhuǎn)，拐臂帶動拉桿裝配和外拐臂向下運(yùn)動推動絕緣拉桿，實(shí)現(xiàn)斷路器本體動觸頭裝配和靜觸頭裝配的合閘，并對分閘彈簧儲能。當(dāng)斷路器合閘到位后，分閘脫扣器又將主拐臂上的分閘止位銷鎖住，從而保持?jǐn)嗦菲鞅倔w在合閘位置和分閘彈簧在壓縮儲能狀態(tài)，為下一次分閘準(zhǔn)備。在控制電源斷開的情況下合閘操作也可通過手動撞擊合閘電磁鐵導(dǎo)桿來實(shí)現(xiàn)。合閘操作完成后行程開關(guān)輔助接點(diǎn)會自動接通，從而使儲能電機(jī)得電再次對合閘彈簧進(jìn)行儲能[3-5]。

分閘操作：分閘操作時(shí)斷路器機(jī)構(gòu)會處于合閘狀態(tài)，同時(shí)合閘彈簧與分閘彈簧均在儲能狀態(tài)。彈簧操動機(jī)構(gòu)處于合閘位置且分閘彈簧被壓縮儲能時(shí)，當(dāng)分閘電磁鐵受電動作后，分閘電磁鐵動鐵芯吸合帶動分閘導(dǎo)桿撞擊分閘摯子順時(shí)針方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，分閘脫扣器釋放主拐臂上的分閘止位銷，從而在分閘彈簧的作用下，傳動拐臂通過拉桿帶動主拐臂轉(zhuǎn)動，拐臂帶動拉桿裝配和外拐臂向上運(yùn)動推動絕緣拉桿，實(shí)現(xiàn)斷路器本體動觸頭裝配和靜觸頭裝配的分閘，并由分閘彈簧的預(yù)壓縮力將其保持在分閘位置。在控制電源斷開的情況下分閘操作也可通過手動撞擊分閘電磁鐵導(dǎo)桿來實(shí)現(xiàn)[3-5]。

3 原因分析及糾正預(yù)防措施

生產(chǎn)廠家技術(shù)人員在現(xiàn)場檢查時(shí)做了如下論證：該間隔斷路器機(jī)構(gòu)帶動本體進(jìn)行了100次分合閘試驗(yàn)，試驗(yàn)完畢后對設(shè)備進(jìn)行了機(jī)械特性測試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均合格；分合閘試驗(yàn)完成后對斷路器本體進(jìn)行了回路電阻測試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均合格。經(jīng)以上論證可得出結(jié)論：該間隔斷路器本體及機(jī)構(gòu)本體沒有設(shè)計(jì)缺陷和質(zhì)量缺陷，出現(xiàn)問題的可能性只存在于傳動連桿這一部分。技術(shù)人員在現(xiàn)場檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)該間隔斷路器機(jī)構(gòu)與本體間使用的傳動連桿軸銷出現(xiàn)了脫落現(xiàn)象，更進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)固定軸銷的卡圈消失，在對其他間隔進(jìn)行排查時(shí)又發(fā)現(xiàn)另一臺斷路器機(jī)構(gòu)連桿軸銷的卡圈消失，所以此次問題的出現(xiàn)肯定是由于固定軸銷的卡圈脫落所導(dǎo)致。

生產(chǎn)廠家針對在現(xiàn)場發(fā)生現(xiàn)象進(jìn)行深入細(xì)致分析和技術(shù)論證復(fù)核后得出以下結(jié)論：該傳動方式和固定結(jié)構(gòu)在技術(shù)設(shè)計(jì)上存在不足；軸銷出現(xiàn)脫落是由于固定軸銷的卡圈出現(xiàn)滑脫所致；卡圈滑脫的原因推論如下：

由于軸銷的安裝方式是朝向機(jī)構(gòu)方向，也就是背對著安裝人員的位置，工人在安裝卡圈時(shí)很難看見安裝位置，所以基本上是靠感覺和用手觸摸來完成整個安裝工作，技術(shù)熟練的員工操作不會出現(xiàn)問題，但新員工可能就會出現(xiàn)卡圈卡不到位現(xiàn)象，且卡圈不到位在短時(shí)間內(nèi)是不容易被發(fā)現(xiàn)的，因?yàn)樵诠緝?nèi)做完試驗(yàn)后都要對傳動部位進(jìn)行外觀檢查。但經(jīng)過長途運(yùn)輸?shù)念嶔ず罂ㄈ蜁霈F(xiàn)滑脫可能，卡圈滑脫后在一定時(shí)間內(nèi)軸銷還會在原位置保持不動，在現(xiàn)場調(diào)試、試驗(yàn)和投運(yùn)過程中機(jī)構(gòu)經(jīng)過頻繁動作時(shí)軸銷會慢慢往外移動、但還沒有脫落，所以這就是為什么經(jīng)過出廠試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)都沒有發(fā)現(xiàn)的原因，但在這次斷路器運(yùn)行轉(zhuǎn)熱備用時(shí)剛好就出現(xiàn)了軸銷脫落的現(xiàn)象（圖1）。

圖1 背面卡圈固定方式

圖2 正面擋板結(jié)構(gòu)

該問題的出現(xiàn)雖然是由于個別員工的操作不當(dāng)造成的，但作為設(shè)備制造廠家來說絕不允許個別情況的發(fā)生，因此生產(chǎn)廠家有責(zé)任徹底消除該隱患的產(chǎn)生，并為此制定以下糾正預(yù)防措施：由于該處裝配困難，在車間操作員工的建議下對該處裝配改進(jìn)了設(shè)計(jì)，已將背面卡圈固定方式取消，改成了正面擋板結(jié)構(gòu)，徹底消除了操作不當(dāng)造成的質(zhì)量隱患（圖2）；生產(chǎn)廠家建議在供電公司條件允許的情況下，對該變電站的斷路器傳動結(jié)構(gòu)進(jìn)行升級更換，徹底杜絕該問題的再次發(fā)生；全面檢查設(shè)備斷路器傳動部位，杜絕出現(xiàn)設(shè)備隱患。