一起220kV隔离开关操动机构 缺陷分析及处理

许加凯 孙义法 刘承禄

（国网潍坊供电公司）

0 引言

2014年12月26日，变电站运维人员在对220kV某变电站220kV××线213-1隔离开关进行操作时，隔离开关无法进行正常分合闸操作，检查发现该隔离开关电动机构箱内出现传动齿轮打齿损坏及辅助开关拨叉断裂现象，运维人员停止操作并上报设备缺陷。2015年3月20日，根据缺陷消除计划，检修人员对该刀闸进行大修处理。本文分析了该缺陷的处理过程，并根据现场运行经验和实地勘察对故障原因进行综合分析，提出一系列防范措施，为类似缺陷的处理提供了借鉴和参考。

1 缺陷处理过程

该220kV变电站220kV隔离开关为西门子（杭州）高压开关有限公司生产的PR20-M31型220kV垂直断口剪刀式（无地刀）隔离开关，其刀闸电动操动机构为MA7684型电动箱，于2005年12月投运，该型隔离开关电动机构箱内部结构如图1所示。

2015年3月20日，根据缺陷消除计划，检修人员对该刀闸进行大修处理。检修人员对213-1刀闸操动机构现场检查后发现，电动机构箱内驱动齿轮轴出现严重磨损、中间从动齿轮可见明显断齿，辅助开关拨叉断裂，如图2所示。此外，213-1刀闸B相旋转绝缘子下端的传动箱（齿轮箱）与主刀操动机构垂直连杆抱夹连接处的齿形子母弹簧销，出现严重形变，如图3所示。

图1 电动机构箱内部结构

图2 中间齿轮和齿轮轴磨损情况

图3 齿形子母弹簧销现场情况

根据国家标准[1]和西门子公司技术手册[2-4]中关于大修工艺及质量标准的作业指导，当刀闸操动机构箱传动齿轮和蜗杆有严重磨损，导致输出功率不能满足隔离开关正常操作需要，需要更换相应齿轮或电动操动机构箱，一般情况下建议以整体部件更换为主。

检修人员与厂家专业技术人员进行实地分析研究后，认为缺陷故障原因为垂直连杆抱夹连接处的齿形子母弹簧销变形扭曲，导致主刀电动机构箱内部齿轮片打齿损坏及辅助开关拨叉断裂，采取了以下几项处理措施，消除缺陷。

1）对该隔离开关（刀闸）电动操动机构箱进行了整体部件更换。

2）将213-1刀闸B相旋转绝缘子下端的传动箱（齿轮箱）与主刀电动操动机构垂直连杆抱夹连接处的齿形子母弹簧销更换为硬度比较好的不锈钢材质实心销，两种销的对比如图4所示。

图4 齿形子母弹簧销与高强度实心不锈钢圆柱销

3）对隔离开关（刀闸）传动杆进行了位置调整，处理了转动轴在操作过程中的卡阻问题，成功消除了213-1刀闸操动机构缺陷。

2 缺陷原因分析

2.1 正常合闸过程

电动操动机构正常合闸过程如图5所示，首先电机起动，齿轮轴带动辅助开关驱动齿轮和中间齿轮转动。同时辅助开关驱动齿轮，驱动辅助开关拔叉，从而辅助开关动作，相应的信号输出。由于辅助开关驱动齿轮、中间齿轮与传动轴之间没有键连接，而此时齿轮轴与操作齿轮未进入离合状态，因此传动轴不 工作。

图5 合闸过程各部件位置图

中间齿轮转过58°后，中间齿轮的挡块与操作齿轮的挡块接触，带动操作齿轮动作，操作齿轮通过键带动传动轴，垂直连杆动作，合闸起动。此时辅助开关驱动齿轮不驱动辅助开关拔叉。中间齿轮与操作齿轮共同作用，带动传动轴及垂直连杆转过200°。此时，操作齿轮与齿轮轴分开。中间齿轮也与齿轮轴分开，限位块到位。中间齿轮在弹性块的作用下，发生打滑，此时，辅助开关驱动齿轮又开始带动辅助开关拔叉，辅助开关动作，发出相应信号并切断电源。

分闸过程与合闸相同，但方向相反。

2.2 缺陷原因分析

在正常的连续操作中，挡环保证了拨叉的运行轨迹。如果操作因故暂停时，在无外力作用的情况下由于辅助开关触片及转轴本身阻力的存在，使得拨叉能保持在正常位置，不会造成意外。但是如有触碰等其他外力因素，将导致辅助开关的拨叉偏离正常位置，而机构需反向操作时，辅助开关的拨叉与拨动爪的运动轨迹不重合，在驱动齿轮的作用下使得拨动爪与拨叉挤压，导致拨叉断裂，严重的甚至造成拨动爪断裂。

垂直连杆抱夹连接处的齿形子母弹簧销变形扭曲，导致主刀电动箱内部齿轮片大齿损坏及辅助开关拨叉断裂，这是可能的外力因素。

2.3 综合原因分析

西门子PR型隔离开关的传动方式为三相硬连杆连接轴旋转传动，由于产品设计原因设备本身自重较大且无合闸助力，造成连杆旋转时扭力较大。合闸转动时三相设备的扭力都集中在B相旋转绝缘子下端的传动箱（齿轮箱）与主刀操动机构垂直连杆抱夹连接处的齿形子母弹簧销处。

隔离开关经过长时间的反复操作后造成齿形子母弹簧销受剪切力变形扭曲。造成主刀操作电动机构箱与隔离开关本体操作时旋转角度不同步，导致主刀电动机构箱内部齿轮组片间隙过大，从而造成传动齿轮打齿损坏及辅助开关拨叉断裂的情况。

操动机构箱内部传动齿轮打齿损坏，导致操动机构输出功率不能满足隔离开关正常分合闸操作需要。拨叉断裂使得辅助开关失去刀闸分合闸位置指示功能，二次保护无法进行刀闸正确位置辨识。

3 防范措施

高压隔离开关是电网的重要组成部分，也是关系电网安全稳定运行的关键设备之一。采取针对性的措施对隔离开关的故障缺陷[5-6]进行分析和处理，对避免电网及设备的故障和保障人身安全是非常必要的。

1）建议对公司所辖变电站中西门子公司生产的PR型隔离开关进行一次摸底排查，记录备案成缺陷台账，结合设备试验周期提报停电计划进行检查整改，及时消除缺陷，确保设备安全和可靠运行。

2）操作维护手册上要求只在完全分/合位置操作开关，不要在中间位置改变电机运动方向。应尽量保持操作的连续性，即使发生不连续的操作时，也要避免对辅助开关的触碰，让其保持在自由状态，这样就可以保证操作的顺利进行和设备的安全。

3）西门子（杭州）高压开关有限公司PR型隔离开关经常发生主刀电动操动机构箱内部传动齿轮打齿损坏和辅助开关拨叉断裂现象，给运行设备造成隔离开关无法操作、位置信号和电气闭锁全无等缺陷。此缺陷是由于西门子（杭州）高压开关有限公司隔离开关机械设计部件强度不够造成的。西门子（杭州）高压开关有限公司已于2005年7月以后陆续对PR系列隔离开关机械强度不够的齿形子母销在出厂前进行更换，换成强度高的实心不锈钢销。

4）隔离开关（刀闸）传动机构由于操作时产生的冲击力作用、机械磨损以及各转动轴销长年运行密封不良导致的雨水渗入等环境因素影响，易出现转动不平稳、费力及卡滞等现象。停电检修时，应对传动系统的轴套、轴销、拐臂轴承是否出现锈蚀、变形、磨损或部分螺栓未紧固，另外也应重点检查导电触头有无变形、变色等异常现象。检修时应着重检查调整传动系统，给各转动部位加润滑油。

[1]GB 1985—2014 高压交流隔离开关和接地开关[S].

[2]西门子（杭州）高压开关有限公司. PR1/PR2型隔离开关维护与检修导则[R]. 杭州: 2007.

[3]西门子（杭州）高压开关有限公司. PR型隔离开关安装操作说明书[R]. 杭州: 2002.

[4]西门子（杭州）高压开关有限公司. MA-6电动操作机构安装维护手册[R]. 杭州: 2005.

[5]盛明学, 王志清. 户外高压隔离开关常见故障的原因分析与处理[J]. 高压电器, 2010, 46(10).

[6]张珂磊. 隔离开关常见故障分析及处理[J]. 水利水电技术, 2014, 45(6).