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【摘 要】随着电网的发展，GIS 已经广泛应用于电网中。但其一旦发生故障，停电影响范围较大、修复时间较长，后果一般比较严重。本文介绍了一起GIS 中断路器弹簧操动机构故障的处理过程。通过故障现象深入分析弹簧操动机构故障導致断路器出现合闸不到位的各种因素，结合故障机构的调试解体，提出相应的解决措施。
【关键词】GIS；断路器；弹簧
引言
SF6 气体绝缘金属全封闭开关（简称 GIS）由断路器、隔离开关、接地开关、母线、电流互感器、电压互感器、避雷器等组成，具有占地面积小、维护工作量少、安装方便等优点。
1 故障经过
某220kV 变电站220kV 采用GIS 设备，户外布置，断路器机构为 CT20 弹簧机构。2017 年9 月29 日，220kV 格后线241开关间隔送电过程中，发现241 开关B 相储能电机空转，后台报弹簧未储能信号，经现场确认，B 相合闸弹簧未储能。随后，检修人员赶至现场对设备进行检查，发现B 相合闸不到位。
2 故障原因分析
2.1 CT20 弹簧机构工作原理
CT20 型弹簧操动机构主要由储能系统、储能保持合闸脱扣系统、合闸保持分闸脱扣系统、合闸弹簧装配及分闸弹簧装配等部分组成。弹簧操动机构的输出拐臂通过连接板（杆）与开关连接，机构的分、合操作通过连接板（杆）、轴密封杆、绝缘拉杆带动动触头进行快速分、合动作，实现断路器的分、合闸操作。
2.2 合闸不到位原因分析
造成断路器合闸不到位一般有以下几方面原因：
1）断路器本体装配不良，阻力过大；
2）机构连接部位卡滞，阻力过大；
3）操作功不足。机构出力不足或机构调试不当，如卡滞、弹簧性能不足等，都会导致断路器合闸不到位；机构调试不当，如合闸弹簧尺寸调整不当使得合闸操作功降低等，都会导致断路器合闸不到位。
4）分闸掣子磨损，无法保持合闸，即出现合后即分的情况。经检查断路器与机构连接部位未出现机械变形及机械磨损，合闸弹簧压缩调整螺栓未出现松动跑位，结合线路带显指示其已带电，断路器本体主回路已接触，可排除前两种情形。进一步检查弹簧机构本体，发现其中除棘轮盘不到位，棘爪无法正常蹬踏棘轮盘，导致电机空转不能储能外；分闸弹簧已部分储能且辅助开关已切换，分闸回路已接通，但分闸脱扣系统未复位；本体提升杆也未完全合闸到位。具体位置如图1 所示，正常合闸未储能工作位置如图2 所示。通过对比图1、图2 凸轮A点位置可知此故障现象为合闸过程未结束，结合分闸掣子外观完好可排除第四个原因，即此缺陷现象为操作功不足导致的合闸不到位。
2.3 弹操机构操作功分析
上述220kV GIS 断路器用CT20 弹簧机构合闸弹簧在合闸的过程中释放的功主要用于四个方面：第一，带动运动部件完成合闸运动，保证合闸特性；第二，给分闸弹簧储能，保证进行分闸操作时所需的分闸操作功；第三，克服缓冲阻力所做的功；第四，克服运动过程中各种摩擦力做的功。在合闸过程中，为保证机构的运动，合闸弹簧释放的功与克服所有阻力所做的功的差值必须大于零。在合闸过程中，一旦合闸弹簧力、分闸弹簧力、缓冲阻力、灭弧室阻力或摩擦力发生波动，如果合闸弹簧压缩量小或与分闸弹簧不匹配时，可能会造成剩余功小于零，此时弹簧机构的可靠合闸裕度也比较小，可能会出现开关进行合闸操作时由于阻力的偶然增大，此时机构将在某一平衡点停止。
2.4 断路器机械特性测试。
数次测试后，分析数据发现速度值数据每次偏差较大，分闸速度小于7.2m/s、合闸速度小于2.9m/s，均不合格。同时在合分试验过程中C 相也发生合闸不到位现象。综上分析241 断路器合闸操作中出现B 相未储能且处于半分合现象系因合闸弹簧释放功不足导致合闸过程提前中止即合闸不到位。
3 故障处理过程
3.1 手动完成合闸过程
上文中已分析241 开关合闸不到位原因为合闸弹簧释放功不足，故现场制定了手动助力储能方案，合闸到位后（此时分闸弹簧储能到位且脱扣器就位）。
3.2 调整合闸弹簧压缩量
数次测试后，分析数据发现三相机构速度值数据每次偏差较大，断路器的分、合闸时间偏大，分、合闸速度偏小，均不合格。同时在合分试验过程中C 相也发生合闸不到位现象。现场对241 开关三相机构的合闸弹簧M 值及分闸弹簧M1 值进行调整，并就调整前后做速度试验。
3.3 更换合闸弹簧
通过调整合闸簧压缩量发现当分闸弹簧处于厂家规定值25mm 时，随着合闸弹簧压缩量的增加，合闸速度增大，当压缩量达到厂家规定极限值时，合闸速度仍不能满足要求。对比此断路器出厂试验报告及交接试验报告，结合其未出现机械跑位情况，可确定合闸弹簧弹力值已衰退不满足要求，即需要更换合闸弹簧。
4 结语
本次故障是由合闸弹簧弹力值衰减引起合闸操作功不足，导致断路器合闸不到位，虽未引起扩大事故，但因合闸弹簧弹力值衰减引起引起的合分闸速度降低给断路器运行带来非常严重的安全隐患，可能烧毁断路器，造成电网事故，为防止此类故障再次发生，应做好以下几项工作：
1）制定停电计划。排查该型号断路器合闸弹簧弹力值衰减情况。2）提高GIS 设备维护质量。结合设备例检，应查看各传动组件有无异常磨损、变形、连接部位有无卡滞、生锈等现象，对机构传动组件涂抹润滑脂，减小损耗功，进行机械特性试验，确保机构正常动作。3）应加强断路器投产前试验验收，对开关机械特性试验进行项场见证或抽查试验，防止设备带缺陷投运。
参考文献：
[1]林智敏，李庆凯，蔡恒滨，叶立群.一起GIS断路器合闸故障分析与处理[J].高压电器，2012，48（2）：99-101.
[2]杨俊锋.一起GIS断路器控制回路故障的分析与处理[J].高压电器，2009，45（6）：158-160.
[3]苏菊芳，张红军，等.CT20弹簧操动机构在252kV高压断路器中的应用[J].高压电器，2011，47（6）：87-90
[4]高励学，张和顺.大功率CT20弹簧机构合后即分的故障分析及对策[J].高压电器，2012，48（12）：143-146.
（作者单位：新东北电气集团高压开关有限公司检修分公司）
【关键词】GIS；断路器；弹簧
引言
SF6 气体绝缘金属全封闭开关（简称 GIS）由断路器、隔离开关、接地开关、母线、电流互感器、电压互感器、避雷器等组成，具有占地面积小、维护工作量少、安装方便等优点。
1 故障经过
某220kV 变电站220kV 采用GIS 设备，户外布置，断路器机构为 CT20 弹簧机构。2017 年9 月29 日，220kV 格后线241开关间隔送电过程中，发现241 开关B 相储能电机空转，后台报弹簧未储能信号，经现场确认，B 相合闸弹簧未储能。随后，检修人员赶至现场对设备进行检查，发现B 相合闸不到位。
2 故障原因分析
2.1 CT20 弹簧机构工作原理
CT20 型弹簧操动机构主要由储能系统、储能保持合闸脱扣系统、合闸保持分闸脱扣系统、合闸弹簧装配及分闸弹簧装配等部分组成。弹簧操动机构的输出拐臂通过连接板（杆）与开关连接，机构的分、合操作通过连接板（杆）、轴密封杆、绝缘拉杆带动动触头进行快速分、合动作，实现断路器的分、合闸操作。
2.2 合闸不到位原因分析
造成断路器合闸不到位一般有以下几方面原因：
1）断路器本体装配不良，阻力过大；
2）机构连接部位卡滞，阻力过大；
3）操作功不足。机构出力不足或机构调试不当，如卡滞、弹簧性能不足等，都会导致断路器合闸不到位；机构调试不当，如合闸弹簧尺寸调整不当使得合闸操作功降低等，都会导致断路器合闸不到位。
4）分闸掣子磨损，无法保持合闸，即出现合后即分的情况。经检查断路器与机构连接部位未出现机械变形及机械磨损，合闸弹簧压缩调整螺栓未出现松动跑位，结合线路带显指示其已带电，断路器本体主回路已接触，可排除前两种情形。进一步检查弹簧机构本体，发现其中除棘轮盘不到位，棘爪无法正常蹬踏棘轮盘，导致电机空转不能储能外；分闸弹簧已部分储能且辅助开关已切换，分闸回路已接通，但分闸脱扣系统未复位；本体提升杆也未完全合闸到位。具体位置如图1 所示，正常合闸未储能工作位置如图2 所示。通过对比图1、图2 凸轮A点位置可知此故障现象为合闸过程未结束，结合分闸掣子外观完好可排除第四个原因，即此缺陷现象为操作功不足导致的合闸不到位。
2.3 弹操机构操作功分析
上述220kV GIS 断路器用CT20 弹簧机构合闸弹簧在合闸的过程中释放的功主要用于四个方面：第一，带动运动部件完成合闸运动，保证合闸特性；第二，给分闸弹簧储能，保证进行分闸操作时所需的分闸操作功；第三，克服缓冲阻力所做的功；第四，克服运动过程中各种摩擦力做的功。在合闸过程中，为保证机构的运动，合闸弹簧释放的功与克服所有阻力所做的功的差值必须大于零。在合闸过程中，一旦合闸弹簧力、分闸弹簧力、缓冲阻力、灭弧室阻力或摩擦力发生波动，如果合闸弹簧压缩量小或与分闸弹簧不匹配时，可能会造成剩余功小于零，此时弹簧机构的可靠合闸裕度也比较小，可能会出现开关进行合闸操作时由于阻力的偶然增大，此时机构将在某一平衡点停止。
2.4 断路器机械特性测试。
数次测试后，分析数据发现速度值数据每次偏差较大，分闸速度小于7.2m/s、合闸速度小于2.9m/s，均不合格。同时在合分试验过程中C 相也发生合闸不到位现象。综上分析241 断路器合闸操作中出现B 相未储能且处于半分合现象系因合闸弹簧释放功不足导致合闸过程提前中止即合闸不到位。
3 故障处理过程
3.1 手动完成合闸过程
上文中已分析241 开关合闸不到位原因为合闸弹簧释放功不足，故现场制定了手动助力储能方案，合闸到位后（此时分闸弹簧储能到位且脱扣器就位）。
3.2 调整合闸弹簧压缩量
数次测试后，分析数据发现三相机构速度值数据每次偏差较大，断路器的分、合闸时间偏大，分、合闸速度偏小，均不合格。同时在合分试验过程中C 相也发生合闸不到位现象。现场对241 开关三相机构的合闸弹簧M 值及分闸弹簧M1 值进行调整，并就调整前后做速度试验。
3.3 更换合闸弹簧
通过调整合闸簧压缩量发现当分闸弹簧处于厂家规定值25mm 时，随着合闸弹簧压缩量的增加，合闸速度增大，当压缩量达到厂家规定极限值时，合闸速度仍不能满足要求。对比此断路器出厂试验报告及交接试验报告，结合其未出现机械跑位情况，可确定合闸弹簧弹力值已衰退不满足要求，即需要更换合闸弹簧。
4 结语
本次故障是由合闸弹簧弹力值衰减引起合闸操作功不足，导致断路器合闸不到位，虽未引起扩大事故，但因合闸弹簧弹力值衰减引起引起的合分闸速度降低给断路器运行带来非常严重的安全隐患，可能烧毁断路器，造成电网事故，为防止此类故障再次发生，应做好以下几项工作：
1）制定停电计划。排查该型号断路器合闸弹簧弹力值衰减情况。2）提高GIS 设备维护质量。结合设备例检，应查看各传动组件有无异常磨损、变形、连接部位有无卡滞、生锈等现象，对机构传动组件涂抹润滑脂，减小损耗功，进行机械特性试验，确保机构正常动作。3）应加强断路器投产前试验验收，对开关机械特性试验进行项场见证或抽查试验，防止设备带缺陷投运。
参考文献：
[1]林智敏，李庆凯，蔡恒滨，叶立群.一起GIS断路器合闸故障分析与处理[J].高压电器，2012，48（2）：99-101.
[2]杨俊锋.一起GIS断路器控制回路故障的分析与处理[J].高压电器，2009，45（6）：158-160.
[3]苏菊芳，张红军，等.CT20弹簧操动机构在252kV高压断路器中的应用[J].高压电器，2011，47（6）：87-90
[4]高励学，张和顺.大功率CT20弹簧机构合后即分的故障分析及对策[J].高压电器，2012，48（12）：143-146.
（作者单位：新东北电气集团高压开关有限公司检修分公司）