VS1型手车式断路器弹簧操动机构常见故障及检修_李慕子.pdf

收稿日期 2023 01 17作者简介李慕子(1996)，男，助理工程师，硕士，主要从事变电检修工作。VS1 型手车式断路器弹簧操动机构常见故障及检修李慕子，易永利(温州供电公司，浙江温州325000)关键词 手车式断路器;弹簧操动机构;故障分析;检修方法 摘要 弹簧操动机构作为手车式断路器的核心部分，其运行可靠性直接关系到电网安全运行。介绍了 VS1 型手车式断路器弹簧操动机构工作原理，分析机构储能故障、合闸故障、分闸故障等常见故障，提出较为实用的检修思路及方法。中图分类号TM5612 文献标识码A 文章编号 1004 9118(2023)01 0026 05DOI:10 14023/j cnki dqfb 2023 01 007Common Faults and Maintenance of Spring Operating Mechanism of VS1 Circuit BreakerLi Mu-zi，Yi Yong-li(Wenzhou Power Supply Company，Wenzhou，Zhejiang，325000)Key words:handcart circuit breaker;spring operating mechanism;fault analysis;maintenancemethodAbstract:As the core part of handcart circuit breaker，the operating reliability of spring operat-ing mechanism is directly related to the safe operation of power grid It introduces the working prin-ciple of the spring operating mechanism of VS1 handcart circuit breaker，analyzes the mechanismenergy storage failure，closing failure，opening failure and other common failures，and puts forwardpractical maintenance ideas and methods0引言电网飞速发展的同时，对供电可靠性的要求也日益提高1。断路器是具有灭弧功能的开断元件，是电力系统中最主要的保护和控制设备之一，其能否可靠动作将会对电网的稳定运行造成直接影响2。手车式断路器广泛应用于35 kV 及以下高压开关柜中3，其操动机构根据不同的储能方式可以分为弹簧操动机构、液压操动机构、气动操动机构等4，其中弹簧操动机构由于结构简单、可靠性高、维护方便而得到大量应用。但是由于弹簧操动机构中传动环节多且制造工艺要求较高，其机械稳定性方面仍存在较多问题，大量故障数据表明弹簧操动机构常出现储能不到位、拒合、拒分等故障，对断路器正常运行造成严重影响。因此快速消除断路器弹簧操动机构故障，对提高断路器可靠性显得尤为重要。本文根据 VS1型手车式断路器弹簧操动机构工作原理，对其运行中常见故障进行分析，提出较为实用的检修思路及方法，为检修人员提供参考。1弹簧操动机构的工作原理手车式断路器弹簧操动机构主要作用为:提供分合闸能量、接受分合闸指令、执行分合闸指62电气防爆 2023 年 2 月第 1 期令、反映断路器分合闸状态及储能状态。根据弹簧操动机构的工作原理可以将其机械部分分为储能部分、合闸部分、分闸部分，VS1 型手车式断路器弹簧操动机构的主要元件如图 1 所示。1 储能电机;2 减速装置;3 单向齿轮;4 链条盘;5 驱动凸轮;6 拐臂;7 合闸弹簧;8 储能锁扣及脱扣装置;9 储能指示牌;10 储能微动开关;11 合闸线圈;12 合闸顶板;13 合闸轴;14 合闸凸轮;15 主轴;16 主轴拐臂;17 合闸锁扣及分闸脱扣装置;18 分闸线圈;19 分闸顶板;20 分闸半轴;21 分闸弹簧图 1VS1 型手车式断路器弹簧操动机构弹簧操动机构的工作内容可以分为储能、合闸、分闸三个环节。储能环节主要由储能部分完成:储能电机工作时，通过减速装置、单向齿轮、链条及链条盘、驱动凸轮传动，由拐臂带动合闸弹簧进行储能，储能完成后由储能保持掣子进行保持，同时合闸凸轮改变储能指示牌的位置，由储能指示牌传动实现储能微动开关状态切换。合闸环节主要由合闸部分完成:合闸线圈励磁使顶杆撞击合闸顶板，通过合闸轴带动合闸脱扣装置打开储能锁扣，释放合闸弹簧的能量，其中一部分由合闸凸轮、主轴传动使断路器合闸，另一部分由合闸凸轮、主轴、主轴拐臂传动使分闸弹簧储能。分闸环节主要由分闸部分完成:分闸线圈励磁使顶杆撞击分闸顶板，通过分闸半轴带动分闸脱扣装置打开分闸锁扣，释放分闸弹簧的能量，通过主轴拐臂、主轴传动使断路器分闸。弹簧操动机构整体性强，无需其他辅助设备，且弹簧操动机构稳定，不易受到环境的影响。但是弹簧操动机构内部结构复杂，对工艺的要求较高，因此有必要分析弹簧操动机构常见故障与检修方法，为提升检修效率提供参考。2弹簧操动机构常见故障弹簧操动机构常见故障主要有机构储能故障、机构合闸故障和机构分闸故障。导致故障的原因有电气原因和机械原因两大类，电气原因主要发生于二次回路中，机械原因主要发生于机构箱中。以下对弹簧操动机构常见故障及其原因展开分析。2 1机构储能故障弹簧操动机构储能过程中常见的故障有:电机启动故障、电机空转、合闸弹簧储能不到位及断路器空合。2 1 1电机启动故障弹簧操动机构储能时，储能电机不启动主要有两种原因:储能回路故障、储能电机故障。(1)储能回路故障。弹簧操动机构储能回路如图 2 所示。检查储能电机电源是否在合位，重复拉合电源几次，观察电机是否启动;检查储能回路中自动空气开关 QF1 及 QF2、储能微动开关S1、储能电机触头等主要触点是否存在虚接、接触不良等故障;检查储能回路中电阻、电压是否正常;检查自动空气开关有无故障。若储能回路中存在断点或接触不良，则会导致储能回路不导通或不稳定，电机无法正常工作，此时应重新紧固、打磨故障点，或对故障元件进行更换。图 2机构储能回路(2)储能电机故障。若电机的端子电压正常，而电机仍未启动，则可以判断为储能电机内部存在故障，常见故障原因有电机线圈绝缘老化、匝间短路以及电机碳刷磨损严重或脱落。可以采取更换储能电机线圈、碳刷等措施5。2 1 2电机空转电机空转主要由储能部分的机械故障引起，如传动轴与单向齿轮间打滑、离合未可靠弹出、储能微动开关位置过高。(1)传动轴与单向齿轮间打滑。减速省力装置与单向齿轮间通过传动轴传输动能，若传动轴72防爆技术与应用VS1 型手车式断路器弹簧操动机构常见故障及检修与单向齿轮连接处存在严重磨损，则可能导致该处在弹簧储能过程中发生打滑，表现为储能电机工作时链条不转动或转动速度慢，使电机空转或储能时间过长。此时应更换传动轴，使其与单向齿轮可以可靠连接。(2)离合未可靠弹出。驱动凸轮处的离合如图 3 所示，检查其是否可靠弹出，若离合未弹出，则链条盘将无法带动驱动凸轮转动，表现为储能电机工作时链条空转，合闸弹簧无法储能。检查离合无法弹出的原因，若存在生锈、粘连部位应进行打磨，无法修复应及时更换驱动凸轮，使离合在工作时可以可靠弹出。图 3驱动凸轮处的离合(3)储能微动开关位置过高。合闸弹簧储能结束时，储能微动开关应及时动作，切断机构储能回路。若储能微动开关位置过高，将导致其在合闸弹簧储能结束时无法动作，表现为合闸弹簧已完成储能，驱动凸轮处离合打开，电机仍带动链条保持空转。出现此情况应调低储能微动开关位置，使其在合闸弹簧储能结束后可靠动作。2 1 3合闸弹簧储能不到位合闸弹簧储能不到位主要由储能微动开关位置过低、电机老化引起。(1)储能微动开关位置过低。合闸弹簧储能尚未结束时，储能微动开关状态已经切换，电机电源过早切断使电机停转，合闸弹簧无法储能到位。储能微动开关状态切换时:若合闸弹簧拉伸量不足，将使机构合闸速度不合格，极端情况下可能导致断路器合闸不到位，使断路器处于半分半合状态，此时会造成其他开关跳闸、大面积停电等事故6，有时甚至会发生断路器爆炸等严重后果7;若合闸弹簧未过死点，将无法保证机构合闸时合闸弹簧向内动作，可能造成检修人员受伤。此时应调整储能微动开关位置，使其在合闸弹簧过死点 2 3后可靠动作，保证储能到位并及时切断电机电源。(2)储能电机老化。若电机老化，将导致出力效率降低，使合闸弹簧无法完成储能，导致储能不到位。如果确定由于储能电机老化出力效率降低，且无法通过调整其他元器件来保证储能电机可靠完成储能的，应更换电机8。2 1 4断路器空合合闸弹簧储能完成后，需要通过储能保持掣子将弹簧保持在储能位置，如图 4 所示。若储能保持掣子与凸轮上的储能锁扣嵌入深度不足，将导致合闸弹簧能量无法可靠保持，即合闸弹簧一经储能立即释放，表现为断路器空合故障。此时应调整储能保持掣子的角度，增加其与储能锁扣的接触面积，保证合闸弹簧能量可以可靠保持。1 储能锁扣;2 合闸脱扣装置(储能保持掣子)图 4储能锁扣及脱扣装置2 2机构合闸及机构分闸故障弹簧操动机构合闸故障和机构分闸故障即断路器拒合、拒分故障，常见原因有:回路故障、线圈故障及机械故障。2 2 1回路故障合闸控制回路及分闸控制回路如图 5 所示。从图 5 可以看出，当远近控切换开关 KSH 的触点、分合闸控制开关 KK 的触点、遥合(遥分)继电器的触点 YHJ(YTJ)、断路器辅助开关的触点 QF及储能微动开关的触点 S1 接触不良或断开时，将造成合闸线圈(分闸线圈)无法励磁或励磁电压过低，导致断路器拒动。同理，当上述触点发生粘连导致节点状态无法切换时，也会使断路器无法正常动作。此时断路器将出现拒合、拒分故障，应使用万用表测量各触点导通状态及接触电阻，对82电气防爆 2023 年 2 月第 1 期故障点进行检修，或对故障元件进行更换。(a)合闸控制回路(b)分闸控制回路图 5弹簧机构分合闸控制回路2 2 2线圈故障合闸线圈和分闸线圈在工作过程中可能出现线圈烧毁、线圈受潮、线圈铁芯及弹簧生锈等故障，这些故障将导致断路器拒合、拒分故障。(1)线圈烧毁。断路器分、合闸控制回路中的线圈均按照短时间通电设计，若控制回路中的电流无法及时切断，使线圈长时间通电时，极有可能导致合(分)闸线圈烧毁，如图 6 所示。线圈烧毁使其无法可靠励磁而不能可靠动作，合(分)闸脱扣装置无法打开锁扣，导致断路器发生拒合、拒分故障。图 6线圈烧毁(2)线圈受潮。若机构中湿度过大而使线圈受潮，机构中部分水溶性杂质溶于受潮线圈的水中，形成电解液，金属腐蚀速度显著上升。严重时，这种“电解腐蚀”将引起线圈断匝而导致线圈失效，使断路器出现拒合、拒分故障。(3)线圈顶杆及弹簧生锈。经过长期工作的线圈，其顶杆及弹簧可能生锈，使其励磁动作时运动卡涩，无法提供足够的动能使合(分)闸脱扣装置打开锁扣，导致断路器出现拒合、拒分故障。当线圈发生故障时，应及时更换故障线圈，并查明导致线圈故障的根本原因，如控制回路节点粘连、机构加热器失效等，并对其进行处理，防止新线圈出现相同故障。2 2 3机械故障机构机械故障也是导致断路器出现拒合、拒分故障的主要原因之一，常见的机械故障有:合(分)闸锁扣无法可靠打开、合(分)闸弹簧疲劳。(1)锁扣无法可靠打开。合(分)闸线圈顶杆顶偏、合闸部分和分闸部分中存在卡涩处，使其动作不灵活、合(分)闸脱扣装置与锁扣嵌入深度过深，线圈提供的动能不足以使其打开，以上三种情况均可能导致合(分)闸脱扣装置无法可靠打开锁扣，分别应:调整合(分)闸顶板与合(分)闸顶杆的位置，使顶杆位于顶板中间;检查发生卡涩的位置，进行打磨等处理;调整合(分)闸脱扣装置角度，减小其嵌入锁扣的深度，储能锁扣及合闸脱扣装置如图 4 所示，合闸锁扣及脱扣装置如图 7所示。1 合闸锁扣;2 分闸脱扣装置(合闸保持掣子)图 7合闸锁扣及脱扣装置(2)弹