一起断路器连杆轴销脱落导致分合闸事故的原因分析与处理措施

泰安泰山高压开关有限公司 吴克彦 张焦春

GIS断路器本体内部都会充入SF6气体，统称SF6断路器，是通过一套完整的机械操作系统来带动内部动触头的分合，通过触头的分合来开断运行电流及故障电流。这一套设备机械操作装置称为操动机构，操动机构要想带动内部动触头进行动作，则必须通过传动部件来完成，这一传动部件就称为传动连杆。当断路器连杆轴销脱落后会使断路器本体无法进行正常的分合闸操作，进而导致电气设备的损坏。

1 故障经过及检查处理

2018年9月9日，一座110kV变电站在执行线路间隔断路器运行转热备用时，出现了断路器机构分闸后本体没有断开的故障，运行人员随即对现场进行了详细的检查，发现该线路间隔断路器本体和操作机构间连接的传动连杆轴销脱落。生产厂家立即召集技术、质量、工艺、生产和服务等部门的负责人进行紧急情况分析，由于此前从未遇到这种情况，所以一致决定立即安排专业技术人员尽快赶到现场进行检查分析，找出故障原因并进行有针对性的处理。

2018年9月11日上午，生产厂家技术人员携带必要的备品备件赶到了变电站现场，在供电公司检修人员的配合下，对该间隔断路器机构进行了详细的外观检查，由于供电公司检修人员已将脱落的轴销恢复到原位，所以断路器机构和断路器本体的位置都处于正常状态，但轴销上的卡圈消失且使用铁丝进行了临时固定，生产厂家技术人员又对其他间隔的断路器进行了统一检查，在检查中又发现另一台断路器连杆的轴销也已脱出，同时固定轴销的卡圈消失。由于该站是正常的运行状态，不具备全部更换传动系统的条件，为尽快处理好该故障，生产厂家技术人员按照供电公司的要求，先将两台存在质量隐患的轴销重新安装卡圈。

2 动作原理

弹簧机构断路器由断路器本体（含灭弧室）、机构箱、弹簧机构、传动连杆等元件组成，断路器分合闸操作由机构输出功通过传动连杆作用在断路器灭弧室实现。110kV GIS本体为三相共箱式结构，且共用一台弹簧操动机构来实现开断电流的操作[1]。弹簧机构主要分为电机储能系统、合闸弹簧装配和分闸弹簧装配等部分。断路器用弹簧操动机构的主要功能是带动本体实现合闸动作、分闸动作和重合闸动作，同时还起到限位的作用，确保本体稳定的处于分闸状态或是合闸状态[2]。

合闸弹簧储能：在分闸位置，合闸弹簧为储能状态，合闸弹簧储能前其处于预被压缩状态，电机与棘爪轴通过一对齿轮相连接。当断路器合闸操作完毕时，行程开关将储能电机接通，通过拉杆将合闸弹簧储能存储能量时，机构的储能电机通过带动棘爪相互交替推动棘轮逆时针转动，通过储能棘轮上的轴销及机构本体的传动拉杆带动合闸弹簧压缩存储能量，当棘轮上的轴销通过转动到达左侧死点时，合闸弹簧带动棘轮逆时针转过，转过角度大约为2°，在合闸弹簧力的作用下棘轮受到旋转的力矩，但合闸脱扣器将棘轮上的合闸止位销锁住，从而完成储能动作，通过储能行程开关切断电机电源，使棘爪与棘轮相脱离[3-5]。

合闸操作：合闸操作时断路器机构会处于分闸状态，同时合闸弹簧处于储能状态，分闸弹簧处于释放状态。当合闸电磁铁受电动作后，合闸电磁铁的动铁芯也会瞬间吸合带动合闸导杆撞击合闸挚子顺时针方向进行旋转，同时释放储能保持挚子。合闸脱扣器释放棘轮上的合闸止位销，从而在合闸弹簧的作用下，棘轮通过主轴带动凸轮旋转，凸轮又推动主拐臂上的磙子，再带动主拐臂和通过拉杆带动传动拐臂旋转，拐臂带动拉杆装配和外拐臂向下运动推动绝缘拉杆，实现断路器本体动触头装配和静触头装配的合闸，并对分闸弹簧储能。当断路器合闸到位后，分闸脱扣器又将主拐臂上的分闸止位销锁住，从而保持断路器本体在合闸位置和分闸弹簧在压缩储能状态，为下一次分闸准备。在控制电源断开的情况下合闸操作也可通过手动撞击合闸电磁铁导杆来实现。合闸操作完成后行程开关辅助接点会自动接通，从而使储能电机得电再次对合闸弹簧进行储能[3-5]。

分闸操作：分闸操作时断路器机构会处于合闸状态，同时合闸弹簧与分闸弹簧均在储能状态。弹簧操动机构处于合闸位置且分闸弹簧被压缩储能时，当分闸电磁铁受电动作后，分闸电磁铁动铁芯吸合带动分闸导杆撞击分闸挚子顺时针方向进行旋转，分闸脱扣器释放主拐臂上的分闸止位销，从而在分闸弹簧的作用下，传动拐臂通过拉杆带动主拐臂转动，拐臂带动拉杆装配和外拐臂向上运动推动绝缘拉杆，实现断路器本体动触头装配和静触头装配的分闸，并由分闸弹簧的预压缩力将其保持在分闸位置。在控制电源断开的情况下分闸操作也可通过手动撞击分闸电磁铁导杆来实现[3-5]。

3 原因分析及纠正预防措施

生产厂家技术人员在现场检查时做了如下论证：该间隔断路器机构带动本体进行了100次分合闸试验，试验完毕后对设备进行了机械特性测试，试验数据均合格；分合闸试验完成后对断路器本体进行了回路电阻测试，试验数据均合格。经以上论证可得出结论：该间隔断路器本体及机构本体没有设计缺陷和质量缺陷，出现问题的可能性只存在于传动连杆这一部分。技术人员在现场检查时发现该间隔断路器机构与本体间使用的传动连杆轴销出现了脱落现象，更进一步检查发现固定轴销的卡圈消失，在对其他间隔进行排查时又发现另一台断路器机构连杆轴销的卡圈消失，所以此次问题的出现肯定是由于固定轴销的卡圈脱落所导致。

生产厂家针对在现场发生现象进行深入细致分析和技术论证复核后得出以下结论：该传动方式和固定结构在技术设计上存在不足；轴销出现脱落是由于固定轴销的卡圈出现滑脱所致；卡圈滑脱的原因推论如下：

由于轴销的安装方式是朝向机构方向，也就是背对着安装人员的位置，工人在安装卡圈时很难看见安装位置，所以基本上是靠感觉和用手触摸来完成整个安装工作，技术熟练的员工操作不会出现问题，但新员工可能就会出现卡圈卡不到位现象，且卡圈不到位在短时间内是不容易被发现的，因为在公司内做完试验后都要对传动部位进行外观检查。但经过长途运输的颠簸后卡圈就会出现滑脱可能，卡圈滑脱后在一定时间内轴销还会在原位置保持不动，在现场调试、试验和投运过程中机构经过频繁动作时轴销会慢慢往外移动、但还没有脱落，所以这就是为什么经过出厂试验和现场试验都没有发现的原因，但在这次断路器运行转热备用时刚好就出现了轴销脱落的现象（图1）。

图1 背面卡圈固定方式

图2 正面挡板结构

该问题的出现虽然是由于个别员工的操作不当造成的，但作为设备制造厂家来说绝不允许个别情况的发生，因此生产厂家有责任彻底消除该隐患的产生，并为此制定以下纠正预防措施：由于该处装配困难，在车间操作员工的建议下对该处装配改进了设计，已将背面卡圈固定方式取消，改成了正面挡板结构，彻底消除了操作不当造成的质量隐患（图2）；生产厂家建议在供电公司条件允许的情况下，对该变电站的断路器传动结构进行升级更换，彻底杜绝该问题的再次发生；全面检查设备断路器传动部位，杜绝出现设备隐患。