針對220kV SF6 斷路器GL314型儲能異常缺陷分析與建議

賴先偉 賴 琴

（1.廣東電網有限責任公司韶關供電局 2.國電投長江生態能源有限公司）

0 引言

隨著我國經濟的發展，國家基礎設施的完善、工業化進程及個人家庭生活質量不斷推進提高，電能在此發展過程中具有不可替代的作用，社會對電力供應的可靠性、安全性、穩定性提出了更高的要求。220kV變電站是一個地區的供電“心臟”，亦是主網供電的重要樞紐站，而220kV輸電線路則是主網供電的主要脈絡，對該地區及地區之間的供電有著至關重要的作用。

高壓斷路器可以切斷和接通高壓電路中的空載電流和負荷電流，亦能在系統發生故障時與保護裝置及自動裝置相配合，迅速切斷故障電流，隔離故障點，防止事故擴大，保證系統的安全運行。220kV高壓斷路器的分合閘動作極快，需在短時間內釋放較大能量，高壓斷路開關的儲能機構的運行狀態直接影響著設備的安全穩定運行。

綜上，本文基于某220kV變電站某公司220kV SF6斷路器［1-2］（GL314型）機構儲能異常缺陷，探究該斷路器儲能機構原理，并對缺陷原因及處理進行分析論證，提出該斷路器檢修維護的建議。

1 缺陷概況

某220kV變電站內繼保人員對某220kV三相分動斷路器進行保護改造后驗收工作，在測控屏傳動過程中，發現此斷路器的B相在合閘位置，但合閘彈簧未儲能。此斷路器生產廠家為某公司高壓電氣開關有限公司，型號為GL314，出廠年份及投運年份為2010年。

此外，工作人員檢查后發現端子箱儲能熱偶繼電器動作、從而切斷了儲能電機的電源，可初步推斷在斷路器儲能過程中存在儲能電機長時間空轉發熱現象，導致儲能熱偶繼電器動作，斷路器儲能彈簧儲能不到位。

2 缺陷原因分析

正常的儲能機構的儲能過程動作如下：機構儲能時，儲能電機帶動離合器［3］逆時針轉動，離合器錐形面處于接觸受力狀態，錐形尼龍塊帶動儲能齒輪轉動，儲能齒輪嚙合慣性飛輪順時針轉動，實現機構合閘彈簧儲能；機構合閘運動時，慣性飛輪保持順時針方向轉動，嚙合儲能齒輪保持逆時針方向轉動，此時儲能齒輪與錐形尼龍塊處于脫離接觸狀態，離合器主軸不發生轉動；機構合閘運動完成后，儲能齒輪運動過中線位置，受到合閘彈簧反向力矩作用，有反向運動的趨勢，在這種趨勢下儲能齒輪和錐形尼龍塊的錐形面接觸受力，重新回到儲能前狀態，此時單向轉動軸承起到限制慣性飛輪反向轉動的作用。

離合器是實現儲能電機與儲能齒輪聯動的主要部件，某公司GL314型斷路器的機構架構與儲能系統組成如圖1所示。離合器位于儲能系統中，由主軸、復位彈簧、錐形尼龍塊、錐形儲能齒輪、滑動滾珠軸構成，如圖2a所示。前文介紹已初步判斷儲能電機存在空轉現象，故將離合器進行拆解后探究缺陷原因，如圖2b所示。

圖1 斷路器的機構架構與儲能系統組成

圖2 儲能離合器機構組成

由圖2可見，離合器外部的錐形尼龍塊與中間的銅螺帽嵌合為一體，在外側通過錐形面和儲能齒輪相接觸，在內側固定在離合器主軸上（見箭頭標記）。解體結果表明，儲能離合器的主軸部件和銅螺帽無明顯異常，而儲能齒輪和錐形尼龍塊的錐形面上存在大量黑色油脂，與新離合器差異較大，如圖3所示。

圖3 儲能離合器錐形接觸面對比

缺陷的發生過程可做如下分析：在設備運行過程中，斷路器機構內各部件（如齒輪、轉軸）隨斷路器分合閘而不斷轉動，留存在機構內潤滑部位上的潤滑油在部件轉動及緩沖震動的情況下向四處擴散，其中擴散至離合器表面的油脂通過軸桿滲入儲能齒輪和錐形尼龍塊的接觸面，如圖4所示。此部位處于斷路器機構內部深處，日常巡視檢查維護難以涉及，若滲入錐形接觸面的油脂過多，當機構儲能時，離合器錐形面接觸受力后，儲能齒輪與錐形尼龍塊因接觸面有油脂而出現打滑，慣性飛輪無法帶動合閘彈簧到完全儲能狀態，導致操作機構儲能異常。

圖4 油脂進入儲能離合器錐形面的示意圖

綜合以上分析，導致此次220kV GL314型斷路器B相儲能機構異常的原因是機構內部的潤滑油在長時間運行過程中，滲入儲能離合器的錐形接觸面，從而減小了儲能齒輪與離合器錐形接觸面的摩擦阻力，造成了儲能機構離合器打滑，不能將儲能電機輸出的力很好地傳遞給慣性飛輪，最終導致合閘彈簧儲能不滿停在半儲能狀態，甚至無法儲能現象。

3 缺陷整改建議

本文統計了此次缺陷斷路器所屬供電局目前在運的同型號斷路器的運行情況，型號為GL314的SF6斷路器共計13間隔，分別承擔著主網重要線路供電任務，對地區供電至關重要。

在過去一年內，已發生過3起同型號斷路器的同類型缺陷案例，均系由于離合器錐形接觸面滲入油脂產生打滑，導致合閘彈簧無法儲能到位的情況。據此可判斷某公司GL314型SF6斷路器儲能離合器未做好防止油脂侵入的措施，存在油脂滲漏或飛濺污染離合器的問題，會造成錐形接觸面打滑，導致合閘彈簧無法儲能或儲能不到位，影響斷路器的正常運行，亟需對此缺陷制定整改方案。

為消除此同類缺陷可能帶來的不利影響，可對存在滲油風險的原離合器進行改進，即在原有離合器基礎上，沿離合器主軸方向在錐形接觸面前加裝一個膠圈，阻止齒輪潤滑油進入錐形接觸面，提高離合器運行可靠性，如圖5所示。

圖5 改進型儲能離合器原理示意圖

此外，設備的運維單位應加強對某公司GL314型斷路器操動機構的儲能離合器錐形面的檢查工作，排查存在已有油脂滲入離合器表面的設備，盡快更換改進后的離合器。

4 結束語

本文主要介紹了某公司生產的GL314型220kV SF6斷路器的一種儲能異常缺陷，其主要是由于儲能機構的離合器未做好防止油脂侵入的措施，存在油脂滲漏至離合器與儲能齒輪接觸面造成打滑的現象，儲能電機的力矩無法穩定輸出至慣性飛輪給合閘彈簧儲能，導致斷路器合閘彈簧儲能異常，影響斷路器的正常運行。對此缺陷進行詳細的分析討論后，本文提出了相應的改進建議。

某公司生產220kV SF6斷路器GL314型號在一個片區電力主網中承擔著至關重要的作用，在過去一年中曾多次出現斷路器儲能異常的缺陷。本文綜合此次異常情況處理的整個過程，對今后的設備維護工作，總結以下建議。

（1）斷路器每次合閘后，重點關注其儲能過程，檢查合閘彈簧儲能過程中是否有打滑、卡澀等現象，以及彈簧開始儲能到完全儲滿能所需時間是否正常（電機儲能時間不超過15s）。GL314型斷路器使用說明書如圖6所示。

圖6 GL314型斷路器使用說明書

（2）檢修維護人員應組織專項檢查并加強對此類斷路器的檢查維護，維護工作中不應對機構的傳動齒輪涂抹過多潤滑油，條件允許的情況下，可以對離合器部件上多余的油脂進行清除，存在異常時，應及時更換新款離合器。

（3）儲能離合器在常規檢修中暫時無明確的檢查方式，加之機械配合過于緊密，位置又深處于機構內部，即使開機構箱蓋也是難以準確判斷是否有缺陷排查。若條件允許時，應將儲能離合器進行解體，重點檢查儲能主軸、儲能齒輪和錐形尼龍塊的外觀結構是否完好，以及錐形接觸面是否存在油脂等異物。

（4）建議組織專項整改項目，結合停電更換改進型離合器。