BLK222型弹簧机构故障分析及研究

熊胜源，邱 偈，刘 涛

（国网福建省电力有限公司检修分公司，福建 福州 361000）

BLK222型弹簧机构故障分析及研究

熊胜源，邱 偈，刘 涛

（国网福建省电力有限公司检修分公司，福建 福州 361000）

叙述了BLK机构的工作原理，重点分析了卷簧盒子的常见故障、合闸无法保持现象及二次元器件中储能微动开关与辅助开关的缺陷，并提出了这些问题的处理方法，建议平时加强维护，针对该机构出现的故障进行了简要的分析后，总结了该机构的检修维护的经验。

断路器；BLK弹簧机构；合闸

0 引言

作为执行保护与控制的主要设备，断路器在高压输变电中肩负着电网运行安全的重要任务，其误动、拒动、分合不到位，均会引起重大的电网及人身设备事故。作为断路器的重要部件操作机构，在中电联可靠性管理中心与国际大电网会议（CIGER） 近年来的统计结果，操动机构导致是高压断路器故障的最主要的原因。

目前ABB公司的BLK222机构在220 kV尤其是500 kV变电站中占有很大的比例。ABB该BLK222机构发生故障概率比较大，在其他省网公司及国网公司的通报文件中均有对于LTB145、LTB245E1开关的事故通报，这两种开关均采用BLK222机构。

为此，针对BLK222型弹簧机构常见故障进行总结归纳，对以后缺陷的处理和平时的维护有重要作用。

1 ABB开关BLK机构工作原理

BLK机构实际可以简化为一种曲柄摇杆机构，类似于家用的缝纫机传动原理，利用偏心轮的惯性带动使机构循环操动。机构能量的存储和传动都是通过1根主轴来实现，其合闸弹簧位于电机储能的弹簧操作机构内。合闸弹簧是钟表式卷簧，并经涡轮驱动器由通用电机进行储能。合闸能量在合闸脱扣器释放完由驱动拐臂分别传导给开关的提升杆进行合闸，另一部分传导给分闸弹簧，完成对分闸弹簧的储能。而断路器合闸位置的保持由分闸脱扣器来执行[1]。

2 卷簧盒子故障

BLK222机构卷簧的储能类似于机械表的储能，安装在特定的卷簧盒子内，其两端分别勾住主轴和卷簧盒子，在储能的过程中，卷簧盒子由储能电机带动转动，主轴不动。储能到位后，进行合闸，卷簧盒子不动，力量由主轴输出。其外观如图1。

2.1 合闸卷簧断裂

合闸卷簧断裂一般发生在重合闸以及年检的开关传动试验过程中，卷簧是在开关合闸弹簧储能阶段断裂。需要注意的是，该储能限位开关在“储能满”与“未储能”切换过程中有一段的滑动平台，所以无闭锁合闸、储能不到位的信号，故该种故障可能后台无异常信号。而卷簧断裂导致开关能量不足支持重合闸，但在此时开关储能限位开关仍处于卷簧储能位置，合闸回路未被闭锁；因此重合闸脉冲发出后，操作箱上合闸自保持回路长时间通电导致合闸线圈烧毁。重合闸时卷簧虽断裂但仍有一定能量，所以带动合闸臂转动一定角度，释放了能量使机械指示变为“未储能”位置，同时现场分合闸指示牌偏移；而限位开关仍处于“储能满”位置，故后台未发“未储能”及“电机运转”信号，也未闭锁重合闸回路[2]。

引起合闸弹簧断裂往往是设备的机械零件的材质、加工流程和工艺，以及零部件的装配各个原因，在多次高强度的运动后，只要是在可控的数值范围内，存在一定的磨损和撞击是必然的，否则会引起很严重的后果。而金属内部分子的不均匀结构将导致金属疲劳的产生，这种疲劳可以理解为金属内部机械应力传导的不平衡造成的，在应力集中的部位，当金属无法承受该应力，将导致零部件断裂，在持续了作用力下，这是一个长期的过程。

图1 卷簧盒子内部图

2.2 卷簧衬垫发生位移

卷簧衬垫发生位移导致储能不到位，储能电机空开跳开，卷簧断裂。卷簧的衬垫是围着卷簧一圈一圈的绕制的，其主要作用是为了使得弹簧的各个部分均匀受力。衬垫如果发生位移，会导致储能卷簧无法产生形变甚至会使得卷簧断裂的情况[3]。

a)当衬垫发生位移时，会随着卷簧的缩紧，其逐渐向卷簧内部移动，使得最终卷簧无法产生形变，由于储能回路的通断是由卷簧盒子上的凸点切断储能限位微动开关来实现，电机储能完毕后，信号正常，但实际合闸卷簧无法提供足够的能量使断路器合闸，辅助开关也无法切换，导致合闸命令长时间保持，最终烧毁合闸线圈。

b)衬垫发生位移，还有可能导致卷簧断裂。由于电机储能的通断是由卷簧盒的机械位移角度控制，衬垫偏移位置后有可能积压在一起挤压卷簧，使得外圈卷簧承受电机产生的旋转力，于是卷簧被过度压缩而断裂。同样该情况也将导致合闸不成功，合闸线圈烧毁。

该现象的临时处理办法是将多余的白色衬垫剪切除，使得衬垫不再影响卷簧的储能，最终需将开关返厂调整大修。该情况是由于出厂安装调整不到位导致的，在同时期、同批次的产品中出现的频率较高，如有发现该情况，需注意对其他同批次产品进行排查，避免发生同样的故障。

3 合闸保持不住

合闸保持不住，主要是因为合闸能量过大以及分闸拐臂齿合面的磨损这两个原因。

3.1 合闸能量过大

合闸能量过大，会使得速度也偏大，导致机构无法保持合闸，该情况也发生了多起。由于合闸作用力过大会造成合闸拐臂和与水平传动拉杆发生碰撞后反弹，合闸挚子无法复位，从而合闸不成功，这种现象会导致重合闸不成功，甚至会由于冲击力太大，导致其他一些零部件如辅助开关超行程而损坏等。该情况如果发生在送电与重合闸的情况下，由于合闸速度过大，合闸保持不住，使得开关处于半分半合的状态的话，将导致内部电弧无法熄灭，形成拉弧，热量集聚将导致开关爆炸的情况[4]。

该现象的处理办法是分合闸速度在合格范围内，降低合闸速度，提高分闸速度，来达到减少合闸作用力的目的。而提高分闸速度可以降低合闸速度是由这种机构的原理来决定的。

BLK222机构能量的传递图见图2。在合闸弹簧储能相对恒定情况下，即卷簧的储能恒定，其能量一部分给断路器合闸提供能量，另外一部分用于分闸弹簧储能，还有一小部分由分闸缓冲器吸收（该能量可以近似为恒定）。从该平衡关系可以推导，调整分闸弹簧，使得分闸速度增大，另外一部分用于断路器合闸的能量将减少，导致合闸速度降低。

图2 断路器能量传递示意图

3.2 分闸拐臂齿合面的磨损

合闸保持不住即合后即分，还有可能是分闸拐臂齿合面的磨损。由BLK222动作原理可知，在断路器合闸时，合闸挚子在衔铁的撞击下，脱扣器释放，合闸拐臂带动分闸拐臂逆时针旋转，在行程末端，分闸拐臂由分闸挚子保持住，同时也制动了合闸拐臂，将断路器保持在合闸位置。再有，由于分合闸拐臂均为偏心结构设计，而在该机构的设计为曲柄摇杆机构，类似于缝纫机，利用偏心轮的惯性作用使得机构按照原来的转向通过死点[5]。

根据以上机构合闸过程的具体分析，即合闸时，合闸拐臂带动分闸拐臂逆时针转动，如果分闸拐臂由于质量问题，其齿合面有磨损，导致分闸拐臂无法由分闸挚子保持，即在合闸终了时，机构分闸。

对于该情况的检查是将拐臂拆下，根据设计图纸核对其尺寸，如果有偏差，将其更换。

4 二次元器件的损坏

二次元器件在BLK机构中主要有时间继电器、分合闸线圈、储能限位开关、切换把手、防跳继电器等，由二次元器件损坏或者误碰继电器引起的故障也占很大一部分比例，下面着重对与操动机构直接相连的储能开关以及辅助开关损坏进行分析。

4.1 储能开关的损坏

储能限位开关作为机构的二次元器件，其底座固定在机构本体上，需承受弹簧机构的强烈震动，所以其接线端子和固定螺栓易松动。弹簧储能限位开关松动可能导致储能到位后，无法切断储能电源，使得卷簧储能到位后继续压缩，导致卷簧过储能后储能空开保护跳开。需要注意的是，因为该储能指示为往复式设计，过储能后后台显示仍为未储能。针对储能微动开关，平时维护时需重点检查，对有松动的需紧固，并涂抹防松胶水。

4.2 辅助开关的损坏

BLK222机构辅助开关是通过连接杆与主拐臂连接，主拐臂每动作1次，辅助开关相应的进行切换1次。由于主拐臂带动拉杆的多次冲击和震动后疲劳变形或断裂，使得辅助开关无法正常切换。对于2005年以前生产的BLK222机构的分闸拐臂辅助连杆销都是用弹簧卡往往因为连接销处冲击力大和动作速度快导致圈易脱落，这在平时检修的过程中需要尤其检查和注意。在2005年后的产品，ABB厂家已经采用了铆接的方式，避免了此情况的发生。

二次元器件的其他缺陷：如由于防跳继电器未加防护罩，会导致误碰，致使开关误跳且由于非全相继电器动作功率过低，继而开关抗干扰性弱，最终开关误动作；分合闸线圈不满足动作电压，会发生偷跳的情况；辅助开关损坏，无法切换或者辅助触点损坏导致整个开关性能不佳；远方就地切换把手腐蚀经常会导致控制回路断线等。由二次回路引起的故障，往往现象很多，需要针对这些故障均需按照二次接线图进行分析查找，也比较容易发现和处理。

5 分析总结

BLK222开关机构整体上来讲，性能较佳，维护工作量小，除了以上重点分析的故障及处理，在相关文献与自己的工作中还有遇到以下情况。如：ABB LTB145合闸拐臂有裂纹甚至断裂，以及LTB245E1合闸挡块厚度3 mm，这两个问题在一些省份当做设备的家族缺陷（这些开关均采用BLK222机构）；驱动拐臂断裂，导致无法合闸；合闸拐臂有裂纹甚至断裂、合闸挡块发生断裂、偏心导向臂有磨损；分合闸脱扣器锁杆与衔铁的间隙要求为1.0 mm，间隙过大或过小都会导致分合闸不满足要求、分合闸线圈烧毁等情况；分闸缓冲器存在渗油，会导致机构分闸末端能量无法被吸收，甚至会造成绝缘拉杆在分闸末端撞击灭弧室，使得灭弧室漏气等事故[6]。

针对以上分析的电气故障、机械故障以及由机械故障引起的电气故障，平时在维护的过程中需要注意以下几点。改变“免维护的思想”，虽然对于弹簧机构许多厂家声称免维护，但实际中从缺陷的发生的情况来看，应加强平时的小修与排查情况。对该弹簧机构在例行检修时，除了进行分合闸时间的测试，由于分合时间只能反映断路器整体的运动情况，所以还需采用能够真实反映整个机构性能的专用的SA100型速度测试仪，并需要对测试结果与上一次的数据认真分析对比。对数据变化较大的需引起重视，并跟踪找出原因，做好预防措施。需着重对机构箱运行环境进行维护，机构箱的湿度温度对二次元器件的老化、受潮有直接影响。

[1]朱栋.BLK222型弹簧机构拒动原因分析 [J].宁夏电力,2009（07）：100-103.

[2]孙兵.LTB245E1型断路器BLK222型弹簧机构的故障分析和预防[J].价值工程,2013（01）：68-70.

[3]刘思奎,任泽民．LTB245E1型 SF6断路器操作机构故障实例分析[J]．四川水利发电，2010（10）：203-205．

[4]张达，任庆帅，肖英伟．断路器操作机构故障处理及防范措施[J]．山东电力技术，2015，42（9）：74-75．

[5]方可行.断路器的弹簧操动机构及其应用[J].高压电器，2003，39（6）：76-77．

[6]崔景春，袁大陆，杜彦明．SF6断路器操动机构的运行可靠性和选型探讨[J]．高压电器，2001，37（2）：1-4．

Fault Analysis and Research on BLK222 Spring Mechanism

XIONG Shengyuan,QIU Jie,LIU Tao
（State Grid Maintenance Branch Company of Fujian Electric Power Corporation,Fuzhou,Fujian 361000,China）

Initially the working principle of BLK mechanism is introduced,and then some issues are mainly analyzed,including common faults of roll-up spring box,switch-on state not being able to be maintained,and micro-switch and auxiliary switch defects of secondary components.Furthermore,treatment for these problems and maintenance proposals are put forward.In view of the faults occurred,analysis is carried out and experiences for maintenance are summed up.

circuit breaker;BLKspringmechanism;switch-on

TM561

B

1671-0320（2017）05-0051-04

2017-05-02，

2017-07-25

熊胜源（1987），男，湖南双峰人，2013年毕业于武汉大学电力系统与自动化专业，硕士，工程师，从事变电检修工作；邱 偈（1983），男，福建三明人，2006年毕业于泉州电力学校电力系统与自动化专业，工程师，从事变电检修工作；刘 涛（1987），男，福建龙岩人，2009年毕业于华北电力大学电力系统与自动化，工程师，从事变电检修工