真空断路器弹簧机构故障分析及处理

真空断路器弹簧机构故障分析及处理摘要：随着高压开关柜技术的不断提高以及各种中置柜的推广， 真空断路器近十几年来在电力系统中得到了广泛应用，其结构简 单、灭弧能力强、电气寿命长、检修和维护工作量小、运行可靠 性高、适合频繁操作，尤其适用于开断重要负荷及操作频繁的电 容器等地点。虽然真空断路器有许多优点，但由于弹簧操动机构 结构比较复杂，特别是零件数量较多，空间紧凑，加工要求较高， 以及控制原理和闭锁关系较传统真空断路器略微复杂，因此为解 决中压开关设备现场运行的稳定性，先要解决机构故障问题以及 与真空断路器本体配合特性。因此，了解并掌握真空断路器弹簧 操动机构常见故障及处理方法对中压设备安全稳定运行、提高供 电可靠率有着重要意义。 关键词：弹簧操动机构；分合闸故障；储能机构故障 0 引言真空断路器动作形式依靠弹簧操动机构来实现，当真空断路 器出现误动和拒动故障时，大部分是由于弹簧操动机构引起的。 因此作为真空断路器的核心元件之一弹簧操动机构主要结构 中组成部分：机架、弹簧储能单元、分、合闸锁扣单元、驱动输 出单元和缓冲单元。1 机架机架有夹板结构和一体化机架两种，夹板结构如图 1 所示，依靠几个定位杆将两块支撑轴系的钢板连接在一起，实现储能部 件和传动部件的动作；一体化机架结构以及出现的模块化设计， 目前故障率不高，这里不分析。1.水fiS直就电妙帆L&aft2-计哉器7 .大垃轮L2 一分用戏團门右側负和拉赛（合期门於障1莘-F汁.行卑忏找Q合ST扌厅朮牌阳忖左傭投5袖睦扫牆比冀販殂件直悌誼拆示牌20啸咖图 1夹板结构在中压断路器弹簧机构中夹板结构加工和安装方便，储能和 传动部件在开放的空间装配。但实际运行中各部件松动和磨损影 响关键部位的配合，从而造成弹簧操动机构的误动或拒动。2 弹簧储能单元弹簧储能单元依靠自身的弹簧贮存能量，贮能弹簧主要有： 压簧、拉簧、碟形弹簧。断路器长期处于拉伸状态，容易疲 劳将影响动作特性。3 分、合闸锁扣单元目前应用成熟的分、合闸锁扣弹簧机构主要有：掣子锁扣和 扇形扳-半轴锁扣装置（如图）。相对而言扇形扳-半轴锁扣的扣接 量可调节，锁扣也可靠，但随之而来的是脱扣力较大，对半轴的 强度有较高的要求。实际运行的机构中因锁扣零部件的强度、韧 性及磨损甚至表面润滑状况问题还是有的。分闸未储能狀态图2分闸扣扳轴驱渤爪舍画半轴台闸单无合闸己储能状态输出拐署图34 驱动输出单元和缓冲单元弹簧操动机构 机构接到合闸信号以后合闸电磁铁的动铁芯 推动脱扣板 转动也即带动合闸半轴转过一个角度，这样合闸半 轴上开口处与扇型板的扣接脱开，从而使凸轮上的滚子与定位件 的储能维持解体，凸轮在合闸簧的作用下转过一定角度带动五连 杆机构完成合闸操作，连锁板与此同时，机构输出轴转到合闸位 置将扣住，板是固定在合闸半轴上的，这样合闸半轴就不能再转 动，达到机械连锁的目的，即保证机构处于合闸位置时不能再实 现合闸操作。这时连接在主轴上的分闸弹簧将拉伸吸收剩余能 量，从而为分闸动作储存动能。同合闸操作一样机构接到分闸信号以后，分闸电磁铁的动铁 芯推动脱扣板转动，带动分闸半轴也转过一定角度，使半轴对扣 板的扣接解除，完成分闸动作。这时主轴下方油绶冲器将吸收剩 余能量，使断路器分闸至稳定位置。综上所述真空断路器弹簧机构分合闸、储能机构故障，均 由上述四部分元件引起的。下面就真空断路器弹簧机构故障分析 及处理要点总结如下：1 真空断路器在分闸指令给出后，分闸失灵，此时应先判断是 电气回路故障，还是机械部分故障。当电动分闸时，分闸铁芯不 动，而手动分闸铁芯又能灵活脱扣，则说明是分闸回路的电气故 障，否则是机械部分故障：11 电气回路故障(1) 控制回路没有接通，检查二次回路中是否有线接错或断 线，然后再进行针对性处理。(2) 辅助开关触点接触不可靠，应调整辅助开关拉杆长度和辅 助开关角度，使其触点接触可靠，保证辅助开关指针在指示线内。 辅助开关触点烧伤，应进行修整或予以更换。(3) 操作电源电压过低或无电源，应查找原因予以解决。(4) 控制分闸回路的熔断器接触不良，要进行调整。熔断器熔 断，要予以更换。(5) 分闸线圈接触不良，应进行调整。分闸线圈断线，应予以 更换。检查分闸线圈是否装配正确，如不符合要求，应予以更换。 12 机械部分故障(1) 分闸半轴有卡滞现象，此时应调整分闸半轴，使其转动灵 活，无卡滞现象。分闸半轴、扇形板的搭接量调整螺栓松动，造 成分闸半轴与扇形板的扣接深度太大，不分闸，此时应调整分闸 半轴上的调整螺栓长度，使分闸半轴与扇形板的扣接量为1. 8 2. 5mm。(2) 分闸半轴上的脱扣板固定螺钉松动，造成电动分闸时有一 缓冲行程，分闸力减小，分不了闸，此时应将分闸半轴上的脱扣 板加以固定。(3) 分闸铁芯有卡滞现象，应予修理，消除卡滞现象。分闸动 铁芯的运动行程过长或过短，造成分闸力过小，分不了闸，此时 应调整分闸电磁铁顶杆长度，保证分闸电磁铁吸合时，能可靠分 闸，还有 1 3mm 的余量。(4) 由于分闸半轴与扇形板长时间碰撞，使其接触面产生毛 刺，致使分闸半轴变形或使扇形板的长度发生变化，产生分闸半 轴打开后，扇形板与分闸半轴相碰，造成分不了闸的现象。此时 应用油石将分闸半轴与扇形板的搭接面加以修整，使分闸半轴打 开后，扇形板能灵活地通过分闸半轴，无卡滞现象。(5) 分闸弹簧力小或断路器的接触行程小，造成分闸力过小， 应对分闸弹簧紧簧，将断路器的接触行程调至 41mm 的要求范 围内。(6) 各传动环节在转动过程中是否存在卡滞及碰撞现象，如有 应找出原因，重新进行装配，并对转动部位加润滑油。(7) 断路器与操动机构的调整不当，造成断路器合闸不到位，也会资生分不了闸的现象，此时应重新调整断路器和操动机构， 使断路器一次合闸到位。2 真空断路器在合闸指令给出后，合闸失灵，应先判断是电气 回路故障，还是机械部分故障。当电动合闸时，合闸铁芯不动， 而手动合闸铁芯又能灵活合闸时，则说明是合闸回路的电气故 障；否则是机械部分故障：21 电气回路故障(1) 控制回路没有接通，要检查二次回路的线接，然后进行针 对性处理。(2) 辅助开关触点接触不可靠，应调整辅助开关拉杆长度和辅 助开关角度，使其触点接触可靠，保证辅助开关指针在指示线内； 辅助开关触点烧伤，应进行修整或予以更换。(3) 操作电源电压过低或无电源，应查找原因予以解决。(4) 行程开关触点未接通，应进行修整或更换，重新进行装配， 使行程开关在操动机构储能结束后，其触点接触可靠，且保证行 程开关还有 2mm 左右的行程。(5) 控制合闸回路的熔断器接触不良，要进行调整；熔断器熔 断，要予以更换。(6) 合闸线圈接触不良，应进行调整；合闸线圈断线，应予以 更换；检查合闸线圈是否装配正确，如不符合要求，应予以更换。(7) 分闸回路在合闸过程中，分闸线圈有电压，致使分闸铁芯 顶起，造成分闸半轴不复位，也导致合不上闸。产生此类现象的 原因是二次回路接线错误，应检查二次回路接线，找出错误，予 以更正。22 机械部分故障(1) 分闸半轴未复位，有卡滞现象，此时应调整分闸半轴，使 其转动灵活，无卡滞现象。分闸半轴、扇形板的搭接量调整螺栓 松动，造成分闸半轴与扇形板的扣接深度太小，合不上闸，此时 应调整分闸半轴上的调整螺栓的长度，使分闸半轴与扇形板的扣 接量为1. 82. 5mm。(2) 合闸半轴有卡滞现象，未复位(合闸半轴上扭簧掉失)， 此时会产生两种情况：一种是不合闸，另一种是连续进行储能释 能一储能释能，此时应调整合闸半轴，使其转动灵活，无卡滞现 象。合闸半轴、扇形板的搭接量调整螺栓松动，造成合闸半轴与 扇形板的扣接量大，合不上闸；扣接量小，产生连续进行储能一 释能储能一释能，此时应调整合闸半轴上的调整螺栓，使合闸半 轴与扇形板的扣接量为 1. 82. 5mm。(3) 合闸半轴上的脱扣板固定螺钉松动，造成电动合闸时有 一缓冲行程，合闸力减小，合不上闸，此时应将合闸半轴上的脱 扣板加以固定。(4) 合闸铁芯有卡滞现象，应予以修理，消除卡滞现象。合 闸动铁芯的运动行程过长或过短，造成合闸力过小，合不上闸， 此时应调整合闸电磁铁顶杆长度，保证合闸电磁铁吸合时，储能 保持能可靠解扣，还有13mm的余量。(5) 机构储能弹簧力小，造成合闸功小，此时应对储能弹簧 紧簧。(6) 断路器与手车的连锁装置调整不到位，造成操动机构分 闸脱扣板未复位，此时应对连锁装置进行重新调整，使操动机构 分闸脱扣板可靠复位。(7) 断路器未进到开关柜试验位置(或运行位置)，造成控 制回路未接通、操动机构分闸脱扣板未复位，此时应将断路器调 整到试验位置或运行位置。(8) 各传动环节在转动过程中是否存在卡滞及碰撞现象，如 有应找出原因，重新进行装配，并对转动部位加润滑油。3 真空断路器在弹簧机构储能后进行合闸操作时，一次不能合 闸到位，随着机构再次储能过程的执行合闸命令，断路器才缓慢 继续合闸，直至合闸到位，这种现象称为真空断路器合闸不到位。 产生合闸不到位有以下几方面的原因：31 由于合闸半轴与扇形板长时间碰撞，使其接触面产生毛刺， 致使合闸半轴变形使扇形板的长度发生变化，产生合闸半轴打开 后，扇形板与合闸半轴相碰，造成合不上闸的现象。此时应用油 石将合闸半轴与扇形板的搭接面加以修整，使合闸半轴打开后， 扇形板能灵活地通过合闸半轴，无卡滞现象。3. 2机构储能弹簧力小，造成合闸功小，应将机构储能弹簧紧 簧，增大合闸功。3. 3机构输出主拉杆太长，造成合闸阻力过大，应重新调整， 在机构分闸储能位置时，连杆上的滚子回到凸轮凹槽后，将主拉 杆提起l3mm的间隙后与真空断路器主转轴拐臂相连接。3. 4各传动环节在转动过程中是否存在卡滞及碰撞现象，如有 应找出原因，重新进行装配，并对转动部位加润滑油。4真空断路器若配置弹簧操动机构，当装配调整不当时，断路器 在机构储能后进行合闸操作时，一次不能合闸到位，随着机构再 次储能过程的执行，断路器才缓慢继续合闸，直至合闸到位，这 种现象称为真空断路器合闸不到位。产生合闸不到位有以下几方 面的原因：(1) 真空断路器的接触行程太大，造成合闸阻力增加，应将 接触行程调整到4 1mm的技术要求范围内。(2) 机构储能弹簧力小，造成合闸功小，应将机构储能弹簧 紧簧，增大合闸功。(3) 机构输出主拉杆太长，造成合闸阻力过大，应重新调整， 在机构分闸储能位置时，连杆上的滚子回到凸轮凹槽后，将主拉 杆提起13mm的间隙后与真空断路器主转轴拐臂相连接。(4) 各传动环节在转动过程中是否存在卡滞及碰撞现象，如 有应找出原因，重新进行装配，并对转动部位加润滑油。5 弹簧操动机构中螺纹防松及工艺要求的方法：(1) 靠摩擦力防松，如双螺母防松，加弹簧垫圈和有内齿或 外齿的垫圈。（2）用机械方法防松，如加开口销止动垫圈，加槽形螺母和 开口销，串联钢丝。（3）破坏螺纹副防松，如冲点法、胶粘接法。（4）螺母、螺钉与零件的贴合面应光洁、平整。（5）拧紧成组螺母时应按一定顺序进行，并分 3 次拧紧。（6）拧紧力要恰当，拧紧螺钉或螺母至压平弹垫为止。（7）为防止螺母或螺钉回松，紧固件必须装平垫、弹垫。螺 母紧固后，螺钉头部应露出25扣，最多不得超过螺钉直径的 2 倍。这里总结下真空断路器弹簧操动机构正常维护要点：1）、对操动机构转动部件进行维护， 对转动部件进行清洁和除 锈处理，重新润滑。（1）对所有传动部件用酒精去除原有油污， 重新润滑，重点合分闸锁扣、滚轮（半轴）、凸轮、主轴。（2） 润滑油（脂）使用要适量，润滑油太多会污染周围环境，甚至会 导致不必要的电气故障，润滑脂太少则可能阻碍传动部件的可 靠。2）对机构内固定螺丝进行维护。（1）机构内螺栓应无松动和锈蚀现象。用力矩扳手对断路器本体支架连接螺栓及导电部件进行 紧固，力矩值应满足：M4:l1.5N.m ；M5:23N.m ；M6:45N. m ； M8:8.810.8N.mM10:17.722.6N.mM12:31.439.2N.m。（2）关键部位螺丝应划线标记是否移位。3）对断路器分闸油缓冲器、分合闸弹簧进行维护。（ 1 ）紧固缓 冲器固定座，清除缓冲器漏油，缓冲器密封面应涂压氧胶。（2） 紧固断路器分合闸弹簧固定螺丝, 对弹簧本体进行清污和除锈。4）对机构凸轮和各传动部件磨损部位进行维护。 （1）对储能电机转动不到位， 齿轮内部固定环断裂等现象，进 行更换处理。（2）对合闸储能弹簧转轴轴套磨损，导致储能不到 位现象，更换轴套。5）对容易引起分合闸故障的脱扣板、滚轴、闭锁杆，操作把手 进行维护。（1）检查断路器掣子、滚轮装置应转动灵活、正常， 无锈蚀，表面应无严重磨损，用高倍放大镜观察表面应平滑、无 凹痕，必要时要进行硬度测试，表面硬度应达到HRC58- 62。（2） 对磨损的脱扣板进行更换，防止其合闸立即跳闸的现象。（3）对 影响分合闸的闭锁连杆、操作转换把手进行维护，防止其影响正 常分合闸操作。结论 真空断路器配弹簧操动机构只有日常规范、完善、细致的 检查和维护，才能确保断路器的安全运行、确保 10kV 开关柜的 安全性能；才能保证用户供电可靠性，使电网正常运行。 参考文献：1 江苏东源电器集团股份有限公司 ZN72-40.5 型户内高压真 空断路器说明书，20022 范舜，高压断路器弹簧操动机构，20013 电力设备故障处理手册 中国科学技术出版社