高压断路器弹簧机构常见故障诊断及检修方法

邯郸供电公司 赵晨光 高欣 刘林

1 引言

随着电力系统运行电压和断路容量的不断提高，断路器作为主要的保护、控制元件，动作可靠性非常重要。其中决定断路器能否正常开断的操作机构，无疑断路器的关键部分。弹簧操作机构因结构简单、可靠性高、维护工作量小等特点，广泛应用于220kV及以下电压等级的高压断路器。但因机构材料质量和制造加工工艺等问题，弹簧机构时常出现原件受损、拒动、接触不良等问题，严重影响断路器的正常工作，因此对于弹簧机构常见故障必须高度引起重视。本文以CT14型弹簧机构为例，对弹簧机构几种常见故障现象进行介绍，深入分析故障原因，提出故障的诊断方法和处理措施。

2 弹簧机构常见故障分析及处理方法

2.1 储能故障

弹簧操作机构储能回路在储能过程中，常见故障类型为：储能电机不启动、储能不到位与储能完成后电机不停转。

2.1.1 储能电机不启动原因及处理方法

弹簧机构储能时，储能电机不启动的故障原因和处理方法主要有以下3种：

（1）储能电动机电源及二次回路故障。处理方法：首先观察储能电机电源是否在合位，试拉合几下，观察有何反应；用手轻按二次回路中主要触点，检查是否有虚接、接触不良等故障；用万用表检测储能回路电阻和电压是否正常、空气开关有无故障。若电压幅值达到接触器动作而接触器未吸合，检查接触器、继电器触点是否接触良好、有无氧化，二次回路接线有无松动、断线开路、绝缘破损，延时继电器气囊是否破损等。当出现上述情况时，对问题部位应加以打磨、紧固或针对问题元件及时进行更换。

（2）储能限位开关故障。处理方法：若万用表显示无电压或电压低，问题可能由限位开关引起。检修人员应检查限位开关触头是否氧化、限位开关位置是否合适。当出现上述问题时，应对限位开关触头进行打磨或调整限位开关到合适位置。

（3）储能电机故障。处理方法：如果接触器处于吸合状态，而电机不转动，应检查电机端子电压。当电机端子电压正常时，则可判定是电机发生故障。一般故障原因为电动机线圈短线、匝间短路以及电机碳刷磨损严重或脱落，可采取更换线圈、碳刷等措施[1]。

2.1.2 储能不到位原因及处理方法

断路器合闸后，限位开关接通电机回路对弹簧储能，但时常会出现储能不到位的故障，故障原因及处理方法主要有以下5种：

（1）限位开关偏下致使合闸弹簧尚未储能完毕，触点已经转换，切断电动机电源使储能不到位。此时应适当调整限位开关高低位置，以保证储能到位。（2）触点氧化、配线松动接触不良造成电路时通时断，处理方法一般是用细砂纸修复打磨触点或更换限位开关。（3）延时继电器触点老化或其延时小于整定值且偏差较大，在储能未到位时提前切断储能电机回路。此时可采用细砂纸修复、打磨储能延时继电器触点，或调整储能延时继电器的延时触头整定值，使储能电机在延时整定值范围内完成储能，并适当留有一定裕度。（4）储能齿轮齿牙或棘爪磨损严重，驱动时脱扣打滑，电机出现空转，造成储能不到位，储能电机老化出力效率降低，造成储能电机在额定范围内不能完成储能。这时应对问题元件进行修复或更换。（5）当储能电机发生老化并出力效率降低，且无法通过调整其它元器件来保证储能电机可靠完成储能，一般应更换电机[2]。

2.1.3 储能完成后电机不停转的原因及处理方法

断路器弹簧机构储能完成后，储能电机不停转主要表现为：断路器在合闸后，操作机构储能电机开始工作，但弹簧能量储满后，电机仍在不停运转。主要原因多为限位开关位置偏高或短路受潮引起。处理方法是检查储能回路中的限位开关位置是否合适，调整其上下位置来实现准确断电；对机构进行有效地干燥处理，开启机构箱内的加热驱潮装置，更换损坏部件[3]。

2.2 机构拒分、拒合故障

2.2.1 电气原因及处理方法

因电气原因导致机构拒动常见故障有2种：回路中触点松动、接触不良；分、合闸线圈故障。以CT14型弹簧机构为例，对断路器拒动电气原因进行分析讨论，弹簧机构分合闸控制回路如图1所示。

（1）从图1可以看出，当远近控转换开关HK的触点、闭锁继电器的触点KL1、中间继电器触点ZJ、辅助开关DL 的触点接触不良或断开时，会造成闸线圈电压过低或无电压，使断路器拒动。同样，当以上各触点发生粘连故障，不能正常分合时，也会造成断路器不能正常动作。处理方法是：首先观察端子排上各个接头是否有断开、松动情况，用手轻按各个接头，检查回路是否存在接触不良情况。然后，用万用表检测控制回路电阻、电压是否正常。测量电压法是在控制回路通电情况下，首先测量回路整体是否导通，通常情况下，合闸时分闸回路导通、分闸时合闸回路导通。当回路出现断路故障时，保持万用表1个测量点不动，另一个测量点顺着回路方向进行测量。如果电压不为0，则可判断相邻被测点为故障点。测电阻时要注意不要引起回路接地、不要在有电压的回路测量。检查发现为内部部件故障则进行更换。（2）断路器控制回路中的分合闸线圈、继电器等都是按照短时通电设计而成，当分合闸回路电流不能正常切断造成回路长时间通电时，通常会发生分合闸线圈或继电器烧毁。此时（正在操作时）检修人员可根据空气中烧焦的气味，快速确定故障类型，发现机构拒动的真正原因。处理方法是将电磁铁线圈进行解体检查，清洗电磁铁轭、铜套内的灰尘或油污，若线圈、继电器烧坏则进行更换。

图1 断路器分合闸控制回路

2.2.2 机械原因及处理方法

当断路器弹簧机构由于机械原因而导致拒合，通常故障现象有3种：合闸铁芯和机构动作，断路器无法合闸；铁芯动作，但顶不动机构；合闸跳跃。下面我们针对以上3种故障现象产生的原因和处理方法进行分析讨论。

断路器合闸铁芯已动作，而断路器拒合的原因与处理方法：

(1)主轴与拐臂连接用圆锥销被切断。处理方法为检修设备，更换新销钉。

(2)合闸弹簧疲劳。处理方法为检修设备，更换新弹簧。

(3)脱扣连板动作后不复归或复归缓慢。处理方法为检查脱扣连板弹簧有无失效，机构主轴有无窜动，如损坏应进行修理或更换。

(4)脱扣机构未锁住。处理方法为调整半轴与扇形板的搭接量。

断路器发生合闸铁芯动作，而机构不动作的主要原因与处理方法：

(1)合闸铁芯顶杆顶偏。处理方法为调整连板到顶杆中间。

(2)机构发生卡涩，动作不灵活。处理方法为检查机构连动部分，打磨、润滑相应问题部件。

(3)驱动棘爪与棘轮间卡死。处理方法为调整电动机凸轮到最高升程后，调整棘爪与棘轮间隙至0.5mm，不卡死为宜。

当回路发生合闸跳跃，故障现象为断路器合闸后立即进行分闸，主要原因为：分闸电磁铁发生卡滞。当断路器处在合闸状态时，分闸回路导通，此时由于分闸电磁铁卡滞，机构发出分闸信号，导致断路器分闸；由于扇形板与半轴搭接太少，导致断路器分闸状态不稳定，故而发生合后即分现象。针对以上2中故障原因，相应的处理方法是：修理或更换分闸电磁铁；调整扇形板与半轴搭接量，使其合适。在此需要提出注意的是，当半轴发生自行复位困难现象时，其原因一般为半轴复位钮簧疲劳而导致，此时应更换复位钮簧来保证扣接量合适。

当断路器机构由于机械原因导致拒分，一般故障现象为分闸铁芯已动作，而断路器不能分闸，此时故障主要有3方面故障原因：分闸拐臂与主轴销钉切断；分闸弹簧疲劳；扇形板与半轴搭接太多。针对以上3种原因，相应的故障处理方法为：更换新销钉；更换新弹簧；调整扇形板与半轴搭接量，使其合适。

当回路发生分闸跳跃，故障表现为断路器分后即合。故障主要原因是由于合闸铁芯或手动合闸杆卡滞而无法复位引起。相应的处理方法是拆下动铁芯，将其校正好，复装时保证铁芯在各个位置都不卡滞，并对手动合闸杆进行校正、润滑[4]。

3 检修方法和注意事项

3.1 检修方法

通过对弹簧机构的研究与长时间现场工作经验，针对如何准确诊断故障点，解决弹簧机构故障，本文总结出一套6步检修法。(1)问。去往变电站之前提前询问值班人员故障现象，减少不必要的工作量，提高检修效率。通过向运行人员详细询问故障现象，针对现象进行初步分析，初判故障原因，制定初步检修策略，备齐相应工器具、备品备件和检修资料图纸。

(2)看。通过眼睛观察来定位设备的故障点。弹簧机构中很过内部故障可通过外部异常现象表现出来，如分闸缓冲器漏油、机构锈蚀卡涩、分闸扇形板与半轴搭接不合适等，这时可通过仔细观察机构外部异常现象进而分析确定机构内部故障点。

(3)闻。通过鼻子感知设备气味，判断故障可能发生原因。当断路器分（合）闸线圈、机构保护插件上的继电器等部件烧毁时，可通过设备周围烧糊的味道来诊断故障原因，进而定位故障点，消除故障。

(4)试。通过断路器分合闸动作试验，观察弹簧机构在分合闸状态下的状况，以此诊断故障可能发生的位置和原因。当断路器发生分后即合、合后即分等故障时，通过试分试合可较快地判断可能发生的故障点。

(5)听。通过耳朵感知设备动作时所发出的异常声响，进而分析故障原因，确定故障点。断路器机构储能过程中，机构储能棘轮与棘爪等部件配合动作时发生的异常声音。机构不储能或机构储能后电机不停转产生异常声音，此时可通过收集声音信息进行故障分析诊断。

(6)测。通过使用万用表对二次回路进行测量，快速确定故障原因，消除设备故障。通常二次回路断线、短路等故障，通过使用电压法或电阻法，能较快找到断点或短路点[5]。

3.2 注意事项与合理化建议

(1) 现场检修时，当出现储能电机问题时，应在机构未储能的情况下，检查储能电源及储能控制电源是否正常，避免造成机械挤伤。(2)对于运行时间在10年左右的弹簧机构，如果某元件有家族性问题，应对该元件进行更换，并开展同一批次、同一运行年限弹簧操作机构的检查检修，状况极差情况应及时提出机构更换计划。对于备品备件的现场检查和选用，尤其是缓冲器的挑选，应选取质量合格的配件。决不能把新配件当成合格件，必须经过仔细检查和挑选。(3)加强对现场作业人员的装配工艺和执行标准的管理。开展针对性强的有效技术培训，高效提高检修人员的综合技能素质。

4 结束语

随着断路器开断容量的不断提高，电力系统对于断路器的动作可靠性和检修安全性提出了更高的要求，本文通过对已广泛使用的弹簧机构常见故障进行深入分析，总结出一套高效、实用的检修方法，有利于快速、准确、可靠的解决断路器检修中的实际问题，具有可推广性。

[1]陈世丹,卢兴福．CT14弹簧机构常见故障的原因分析和处理．电力安全技术，2010，12(1)：52～54．

[2]蒋超伟．断路器弹簧机构常见储能故障分析与处理．电力安全技术，2008，10(7)：52～53．

[3]潘晓杰．弹簧操动型SF6断路器的故障分析与处理．电力与能源，2010，2：41～42．

[4]陈家斌,崔军朝等．变电设备运行异常及故障处理技术，中国电力出版社，2009．

[5]赵晨光．断路器液压机构常见故障分析及处理方法．电器工业，2011，9：61～64．