针对220kV SF6 断路器GL314型储能异常缺陷分析与建议

赖先伟 赖 琴

（1.广东电网有限责任公司韶关供电局 2.国电投长江生态能源有限公司）

0 引言

随着我国经济的发展，国家基础设施的完善、工业化进程及个人家庭生活质量不断推进提高，电能在此发展过程中具有不可替代的作用，社会对电力供应的可靠性、安全性、稳定性提出了更高的要求。220kV变电站是一个地区的供电“心脏”，亦是主网供电的重要枢纽站，而220kV输电线路则是主网供电的主要脉络，对该地区及地区之间的供电有着至关重要的作用。

高压断路器可以切断和接通高压电路中的空载电流和负荷电流，亦能在系统发生故障时与保护装置及自动装置相配合，迅速切断故障电流，隔离故障点，防止事故扩大，保证系统的安全运行。220kV高压断路器的分合闸动作极快，需在短时间内释放较大能量，高压断路开关的储能机构的运行状态直接影响着设备的安全稳定运行。

综上，本文基于某220kV变电站某公司220kV SF6断路器［1-2］（GL314型）机构储能异常缺陷，探究该断路器储能机构原理，并对缺陷原因及处理进行分析论证，提出该断路器检修维护的建议。

1 缺陷概况

某220kV变电站内继保人员对某220kV三相分动断路器进行保护改造后验收工作，在测控屏传动过程中，发现此断路器的B相在合闸位置，但合闸弹簧未储能。此断路器生产厂家为某公司高压电气开关有限公司，型号为GL314，出厂年份及投运年份为2010年。

此外，工作人员检查后发现端子箱储能热偶继电器动作、从而切断了储能电机的电源，可初步推断在断路器储能过程中存在储能电机长时间空转发热现象，导致储能热偶继电器动作，断路器储能弹簧储能不到位。

2 缺陷原因分析

正常的储能机构的储能过程动作如下：机构储能时，储能电机带动离合器［3］逆时针转动，离合器锥形面处于接触受力状态，锥形尼龙块带动储能齿轮转动，储能齿轮啮合惯性飞轮顺时针转动，实现机构合闸弹簧储能；机构合闸运动时，惯性飞轮保持顺时针方向转动，啮合储能齿轮保持逆时针方向转动，此时储能齿轮与锥形尼龙块处于脱离接触状态，离合器主轴不发生转动；机构合闸运动完成后，储能齿轮运动过中线位置，受到合闸弹簧反向力矩作用，有反向运动的趋势，在这种趋势下储能齿轮和锥形尼龙块的锥形面接触受力，重新回到储能前状态，此时单向转动轴承起到限制惯性飞轮反向转动的作用。

离合器是实现储能电机与储能齿轮联动的主要部件，某公司GL314型断路器的机构架构与储能系统组成如图1所示。离合器位于储能系统中，由主轴、复位弹簧、锥形尼龙块、锥形储能齿轮、滑动滚珠轴构成，如图2a所示。前文介绍已初步判断储能电机存在空转现象，故将离合器进行拆解后探究缺陷原因，如图2b所示。

图1 断路器的机构架构与储能系统组成

图2 储能离合器机构组成

由图2可见，离合器外部的锥形尼龙块与中间的铜螺帽嵌合为一体，在外侧通过锥形面和储能齿轮相接触，在内侧固定在离合器主轴上（见箭头标记）。解体结果表明，储能离合器的主轴部件和铜螺帽无明显异常，而储能齿轮和锥形尼龙块的锥形面上存在大量黑色油脂，与新离合器差异较大，如图3所示。

图3 储能离合器锥形接触面对比

缺陷的发生过程可做如下分析：在设备运行过程中，断路器机构内各部件（如齿轮、转轴）随断路器分合闸而不断转动，留存在机构内润滑部位上的润滑油在部件转动及缓冲震动的情况下向四处扩散，其中扩散至离合器表面的油脂通过轴杆渗入储能齿轮和锥形尼龙块的接触面，如图4所示。此部位处于断路器机构内部深处，日常巡视检查维护难以涉及，若渗入锥形接触面的油脂过多，当机构储能时，离合器锥形面接触受力后，储能齿轮与锥形尼龙块因接触面有油脂而出现打滑，惯性飞轮无法带动合闸弹簧到完全储能状态，导致操作机构储能异常。

图4 油脂进入储能离合器锥形面的示意图

综合以上分析，导致此次220kV GL314型断路器B相储能机构异常的原因是机构内部的润滑油在长时间运行过程中，渗入储能离合器的锥形接触面，从而减小了储能齿轮与离合器锥形接触面的摩擦阻力，造成了储能机构离合器打滑，不能将储能电机输出的力很好地传递给惯性飞轮，最终导致合闸弹簧储能不满停在半储能状态，甚至无法储能现象。

3 缺陷整改建议

本文统计了此次缺陷断路器所属供电局目前在运的同型号断路器的运行情况，型号为GL314的SF6断路器共计13间隔，分别承担着主网重要线路供电任务，对地区供电至关重要。

在过去一年内，已发生过3起同型号断路器的同类型缺陷案例，均系由于离合器锥形接触面渗入油脂产生打滑，导致合闸弹簧无法储能到位的情况。据此可判断某公司GL314型SF6断路器储能离合器未做好防止油脂侵入的措施，存在油脂渗漏或飞溅污染离合器的问题，会造成锥形接触面打滑，导致合闸弹簧无法储能或储能不到位，影响断路器的正常运行，亟需对此缺陷制定整改方案。

为消除此同类缺陷可能带来的不利影响，可对存在渗油风险的原离合器进行改进，即在原有离合器基础上，沿离合器主轴方向在锥形接触面前加装一个胶圈，阻止齿轮润滑油进入锥形接触面，提高离合器运行可靠性，如图5所示。

图5 改进型储能离合器原理示意图

此外，设备的运维单位应加强对某公司GL314型断路器操动机构的储能离合器锥形面的检查工作，排查存在已有油脂渗入离合器表面的设备，尽快更换改进后的离合器。

4 结束语

本文主要介绍了某公司生产的GL314型220kV SF6断路器的一种储能异常缺陷，其主要是由于储能机构的离合器未做好防止油脂侵入的措施，存在油脂渗漏至离合器与储能齿轮接触面造成打滑的现象，储能电机的力矩无法稳定输出至惯性飞轮给合闸弹簧储能，导致断路器合闸弹簧储能异常，影响断路器的正常运行。对此缺陷进行详细的分析讨论后，本文提出了相应的改进建议。

某公司生产220kV SF6断路器GL314型号在一个片区电力主网中承担着至关重要的作用，在过去一年中曾多次出现断路器储能异常的缺陷。本文综合此次异常情况处理的整个过程，对今后的设备维护工作，总结以下建议。

（1）断路器每次合闸后，重点关注其储能过程，检查合闸弹簧储能过程中是否有打滑、卡涩等现象，以及弹簧开始储能到完全储满能所需时间是否正常（电机储能时间不超过15s）。GL314型断路器使用说明书如图6所示。

图6 GL314型断路器使用说明书

（2）检修维护人员应组织专项检查并加强对此类断路器的检查维护，维护工作中不应对机构的传动齿轮涂抹过多润滑油，条件允许的情况下，可以对离合器部件上多余的油脂进行清除，存在异常时，应及时更换新款离合器。

（3）储能离合器在常规检修中暂时无明确的检查方式，加之机械配合过于紧密，位置又深处于机构内部，即使开机构箱盖也是难以准确判断是否有缺陷排查。若条件允许时，应将储能离合器进行解体，重点检查储能主轴、储能齿轮和锥形尼龙块的外观结构是否完好，以及锥形接触面是否存在油脂等异物。

（4）建议组织专项整改项目，结合停电更换改进型离合器。