淺析框架式斷路器故障案例及其維護(hù)策略

摘要：介紹了框架式斷路器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)景，并結(jié)合實(shí)際案例對(duì)框架式斷路器的常見故障進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了框架式斷路器的基本維護(hù)策略。

關(guān)鍵詞：框架式斷路器;案例分析;維護(hù)檢修

0 引言

目前常見的低壓斷路器按照結(jié)構(gòu)型式，可分為塑殼斷路器、框架式斷路器兩大類，分別適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。其中，框架式斷路器相對(duì)來說具有更高的運(yùn)行可靠性，能承載、分?jǐn)喔蟮呢?fù)載電流，配合相應(yīng)的綜保裝置亦可以精準(zhǔn)切斷異?；芈罚ＷC用電可靠性，故而框架式斷路器在大電流的場(chǎng)景中有著廣泛應(yīng)用。

1 框架式斷路器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

框架式斷路器作為一種機(jī)械式開關(guān)電氣設(shè)備，其基本功能是能接通、分?jǐn)唷㈤L(zhǎng)時(shí)間承載正常負(fù)載回路的電流，同時(shí)能可靠分?jǐn)噙^載、短路等異常情況下的電流。不同生產(chǎn)廠家或不同型號(hào)的框架式斷路器雖然在外觀形態(tài)和保護(hù)功能上存在一定的差異，但其基本原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)都是一樣的?？蚣苁綌嗦菲鲀?chǔ)能完成后，通過按動(dòng)合閘機(jī)械按鈕或接通合閘線圈回路皆可推動(dòng)合閘機(jī)構(gòu)的操作連桿，從而帶動(dòng)合閘機(jī)構(gòu)動(dòng)作，完成合閘動(dòng)作。在合閘動(dòng)作完成的過程中，儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)會(huì)同步將一部分機(jī)械能儲(chǔ)存到分閘機(jī)構(gòu)的主彈簧上，滿足分閘機(jī)構(gòu)的動(dòng)作需求。斷路器在合閘狀態(tài)時(shí)，分閘機(jī)構(gòu)的主彈簧必然是已儲(chǔ)能的狀態(tài)，只要按動(dòng)分閘機(jī)械按鈕或接通分閘線圈回路，就能可靠地推動(dòng)分閘機(jī)構(gòu)的操作連桿，從而完成斷路器的分?jǐn)鄤?dòng)作[1]。

2 框架式斷路器故障案例分析

2.1? ? 案例經(jīng)過

某工作配電段干式變的低壓側(cè)電源開關(guān)為框架式斷路器，該段干式變停運(yùn)后擬進(jìn)行送電，將該框架式斷路器搖至試驗(yàn)位置時(shí)，斷路器本體上的二次端子動(dòng)觸頭跟框架上二次端子靜觸頭相接，分合閘位置反饋、控制電源、操作回路等接通，柜門上的分閘指示燈亮起，同時(shí)電動(dòng)儲(chǔ)能電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行儲(chǔ)能。儲(chǔ)能完成后，觀察各部分指示正常，將開關(guān)切換至就地操作模式，在試驗(yàn)位置按合閘操作按鈕，斷路器正常合閘。接著按流程進(jìn)行分閘操作，按下分閘按鈕后，斷路器分閘，此時(shí)，在沒有任何就地或遠(yuǎn)程操作的情況下，斷路器自動(dòng)合閘，又立刻分閘，且每一次電動(dòng)儲(chǔ)能完成后就繼續(xù)合閘，進(jìn)入合閘—分閘—合閘—分閘的不斷循環(huán)，即便是已將開關(guān)切換至停止位，也不能停止斷路器的分合閘動(dòng)作。故現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員迅速斷開控制電源，方才停止其自動(dòng)分合閘。運(yùn)行人員確認(rèn)該斷路器在斷開控制電源后已無其他異常情況，將該斷路器從試驗(yàn)位置搖出到隔離位置。

2.2? ? 排查分析

本案例中的框架式斷路器型式為Emax-E4S，額定電流Ie=4 000 A，其所帶負(fù)載全部投入運(yùn)行時(shí)，負(fù)載電流約2 000 A。斷路器若在投入運(yùn)行的過程中出現(xiàn)反復(fù)合閘—分閘的情況，有可能造成設(shè)備永久性損壞，甚至危及人身安全，故必須徹底排查、分析該故障出現(xiàn)的原因，并從根源上解決問題。將斷路器移出到檢修位置后，針對(duì)自動(dòng)分合閘現(xiàn)象，相應(yīng)地對(duì)其二次回路、機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查、試驗(yàn)、分析，結(jié)果如下：

（1）檢查框架式斷路器的二次操作回路，發(fā)現(xiàn)無論開關(guān)處于就地、遠(yuǎn)方模式還是停止模式，只要無人為操作，斷路器分合閘動(dòng)作指令回路皆未接通。結(jié)合故障發(fā)生時(shí)，在斷路器出現(xiàn)自動(dòng)分合閘的情況下，即便是將開關(guān)的操作模式切換至停止位亦不能中止其自動(dòng)分合閘現(xiàn)象。故可以確定，并非是電氣二次操作回路接通導(dǎo)致該斷路器動(dòng)作。

（2）拆下斷路器本體上分閘/合閘線圈，檢查其動(dòng)作機(jī)構(gòu)是否靈活可靠。測(cè)驗(yàn)分閘/合閘線圈的彈簧力度正常，且在將各線圈中心的撞針用力拉到極限位置后，一松手即可靈活地回彈到位。經(jīng)過多次反復(fù)試驗(yàn)，各線圈都并未出現(xiàn)粘滯或卡澀的現(xiàn)象，各活動(dòng)部件皆靈活可靠。故可以確定，并非是分閘/合閘線圈在通電動(dòng)作后無法正常復(fù)位導(dǎo)致斷路器動(dòng)作。

（3）檢查斷路器本體的主動(dòng)作機(jī)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)牽引該斷路器主機(jī)構(gòu)進(jìn)行分合閘的操作連桿存在明顯的卡滯現(xiàn)象。將機(jī)構(gòu)合閘后，其合閘操作連桿在彈簧作用下僅能緩慢回彈，甚至無法完全回彈到位，出現(xiàn)了操作連桿一直處于動(dòng)作狀態(tài)的現(xiàn)象。經(jīng)觀察，分合閘的操作連桿皆存在這個(gè)問題，因此出現(xiàn)開關(guān)每次儲(chǔ)能完成后，就立刻進(jìn)入合閘—分閘—合閘—分閘循環(huán)的現(xiàn)象。經(jīng)試驗(yàn)，只要在開關(guān)動(dòng)作后，人為介入將操作連桿復(fù)位，斷路器便不會(huì)誤動(dòng)作，不再出現(xiàn)反復(fù)分合閘的情況。至此，可以排除斷路器主體動(dòng)作機(jī)構(gòu)故障的可能性，該斷路器故障正是由分閘/合閘的操作連桿卡滯引起的。

2.3? ? 解決方案

全面檢查該斷路器操作連桿的狀況，其相關(guān)部件皆未發(fā)現(xiàn)有斷裂或明顯的變形、磨損痕跡，但操作連桿左右兩端軸承處的油脂存在明顯的老化、發(fā)黑、變黏的情況。用潤(rùn)滑噴劑沖洗連桿的軸承部位并進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，操作連桿的回彈速度顯著提升，再未出現(xiàn)斷路器誤動(dòng)的情況。潤(rùn)滑噴劑只能短時(shí)間內(nèi)有效解決軸承卡澀問題，故為從源頭上修復(fù)該斷路器操作連桿的油脂黏化問題，使用易溶油脂的機(jī)電清洗噴劑徹底將舊連桿軸承部位的舊油脂沖洗干凈，并全面檢查斷路器主體動(dòng)作機(jī)構(gòu)上的其他轉(zhuǎn)動(dòng)部位的活動(dòng)能力。待清洗劑揮發(fā)干凈之后，在軸承處涂抹斷路器廠家維護(hù)方案上建議的28號(hào)潤(rùn)滑脂，并多次轉(zhuǎn)動(dòng)保證新油脂充分浸潤(rùn)軸承內(nèi)外各部位。至此，該斷路器反復(fù)進(jìn)行分合閘的原因已經(jīng)查清并解決，把斷路器送入開關(guān)間隔，將其搖至試驗(yàn)位置，切換至就地模式，操作合閘/分閘皆正常，再未出現(xiàn)誤動(dòng)現(xiàn)象。

2.4? ? 維護(hù)策略

（1）在上述案例中，框架式斷路器因?yàn)閮?nèi)部機(jī)構(gòu)油脂黏化，在無任何人為或外部因素的情況下，陷入合閘—分閘—合閘—分閘的惡性循環(huán)，可能導(dǎo)致本斷路器配套的線路保護(hù)型綜保裝置失效，起不到對(duì)線路的保護(hù)作用，極易造成重大設(shè)備損失，甚至有人身傷害的風(fēng)險(xiǎn)，必須予以重視。經(jīng)全面排查，多數(shù)框架式斷路器的合閘/分閘操作連桿存在不同程度的卡滯現(xiàn)象，即在操作后回彈速度較慢。雖然目前暫時(shí)不會(huì)有誤動(dòng)作的情況，但隨著油脂進(jìn)一步受污染或老化變干，就有可能出現(xiàn)誤合或誤分，在電動(dòng)儲(chǔ)能的情況下，更是會(huì)出現(xiàn)性質(zhì)較為惡劣的不斷自動(dòng)分合閘現(xiàn)象。

（2）框架式斷路器作為一種低壓大電流開關(guān)設(shè)備，保證其安全可靠運(yùn)行是非常重要的。在對(duì)多個(gè)框架式斷路器進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)全面檢查的過程中，除分合閘操作連桿存在卡滯現(xiàn)象外，還發(fā)現(xiàn)了以下問題：

1）部分?jǐn)嗦菲鳠o法進(jìn)行手動(dòng)儲(chǔ)能。經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，無法進(jìn)行手動(dòng)儲(chǔ)能的原因是手動(dòng)儲(chǔ)能裝置的自鎖掛鉤已被長(zhǎng)年累月積存的油污粘死，無法在彈簧的牽引下轉(zhuǎn)動(dòng)，故而手動(dòng)儲(chǔ)能失效。該自鎖掛鉤在框架式斷路器中所處的位置較深，被重重遮擋，難以看清設(shè)備狀況，故在以往的檢修維護(hù)中，對(duì)該自鎖掛鉤的清洗、潤(rùn)滑等保養(yǎng)不夠徹底。

2）有一臺(tái)斷路器出現(xiàn)了一合即跳的現(xiàn)象，其合閘狀態(tài)無法保持。原因是合閘的過程中其合閘保持機(jī)構(gòu)未能靈活地跟轉(zhuǎn)，造成合閘狀態(tài)無法保持住。在清洗、潤(rùn)滑合閘保持機(jī)構(gòu)之后，斷路器合閘、分閘皆正常，再未出現(xiàn)一合即跳的現(xiàn)象。

（3）斷路器內(nèi)部油脂變黏的原因，一般包括油脂本身質(zhì)量較差、長(zhǎng)時(shí)間未更換的正常老化、灰塵或金屬粉末的污染等。為解決因潤(rùn)滑油脂而引起的機(jī)構(gòu)卡滯問題，除了使用清洗劑徹底去除老化或已變質(zhì)的油脂外，更重要的是了解不同潤(rùn)滑油脂的性能，并參考設(shè)備廠家維護(hù)意見，選擇與框架式斷路器本體機(jī)構(gòu)不同轉(zhuǎn)動(dòng)部位最適配的油脂類型。

（4）框架式斷路器的常規(guī)檢修項(xiàng)目應(yīng)包括：徹底清除、擦凈斷路器本體內(nèi)的灰塵、污垢、舊油脂等，并給各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部位涂抹潤(rùn)滑脂，使其充分浸潤(rùn)，防止缺乏油脂導(dǎo)致斷路器動(dòng)作異?；蚰p機(jī)構(gòu)。檢查斷路器絕緣部分有無發(fā)熱變色或放電痕跡等情況，打開滅弧罩檢查一次回路動(dòng)靜觸頭位置有無明顯的發(fā)黑、燒蝕現(xiàn)象。觀察斷路器機(jī)械機(jī)構(gòu)部分的各個(gè)彈簧、卡簧、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)動(dòng)部件等是否靈活可靠，有無明顯的形變、磨損、斷裂痕跡。測(cè)試分閘/合閘線圈機(jī)構(gòu)活動(dòng)可靠，斷路器手動(dòng)儲(chǔ)能正常，分合閘機(jī)構(gòu)無卡滯現(xiàn)象，主機(jī)構(gòu)動(dòng)作到位。查看二次端子盒的動(dòng)靜觸頭有無變形、斷裂或發(fā)黑等現(xiàn)象，并緊固二次端子的固定螺絲。最后還應(yīng)進(jìn)行修后電氣試驗(yàn)，包括開關(guān)特性試驗(yàn)、絕緣電阻、回路直阻等項(xiàng)目，并對(duì)照參數(shù)確認(rèn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格。

3 結(jié)語

綜上所述，在框架式斷路器的整個(gè)生命周期中，其機(jī)械性能和電氣特性會(huì)隨著使用年限和動(dòng)作次數(shù)的增加而有一定程度的下降。然而也可以發(fā)現(xiàn)，斷路器的各零部件因機(jī)械故障而造成永久性損壞的概率較低，多數(shù)斷路器故障是由于維護(hù)的細(xì)節(jié)不到位。當(dāng)斷路器本體的個(gè)別機(jī)械結(jié)構(gòu)存在卡滯等隱患時(shí)，單純從修后的開關(guān)特性、回路直阻等電氣試驗(yàn)的數(shù)據(jù)上是難以發(fā)現(xiàn)的。因此，設(shè)備維護(hù)人員須對(duì)框架式斷路器的個(gè)別關(guān)鍵機(jī)構(gòu)進(jìn)行有效的深度維護(hù)，尤其應(yīng)注意合閘/分閘操作連桿以及手動(dòng)儲(chǔ)能裝置的自鎖掛鉤須能在彈簧牽引下靈活可靠動(dòng)作，回彈速度快且能正確到位，不得有卡滯現(xiàn)象。在細(xì)致維護(hù)的基礎(chǔ)上，對(duì)各個(gè)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件的健康狀況做深入分析和全面總結(jié)，才能將檢修經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到框架式斷路器的日常預(yù)防性檢測(cè)、維護(hù)中[2]。

對(duì)于框架式斷路器等機(jī)電設(shè)備，唯有深入學(xué)習(xí)該產(chǎn)品廠家說明書、熟悉設(shè)備結(jié)構(gòu)和控制原理、詳實(shí)掌握維護(hù)檢修方案、不斷總結(jié)和記錄經(jīng)驗(yàn)，方得以最大限度地保證設(shè)備長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定運(yùn)行，避免因斷路器的原因造成負(fù)載停電甚至損壞設(shè)備等情況的發(fā)生。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 姬鵬帥.框架式斷路器常見故障處理[J].設(shè)備管理與維修，2016（1）：42.

[2] 孫曙光，張強(qiáng)，杜太行，等.基于灰色關(guān)聯(lián)度的框架式斷路器故障診斷方法[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2017，38（10）：2525-2535.

收稿日期：2021-08-09

作者簡(jiǎn)介：姚曉廷（1994—），男，廣東汕頭人，助理工程師，主要從事火電廠電氣設(shè)備點(diǎn)檢工作。