LTB245E1型断路器BLK222型弹簧机构的故障分析和预防

摘要： LTB245E1型断路器是目前应用于电力企业的主流开关设备，为北京ABB公司生产的220kV SF6断路器，该型断路器配BLK222型弹簧操动机构。通过对该型断路器弹簧机构故障原因的分析，找出此类型机构存在的诸多问题，并就如何加强SF6断路器的检修维护管理提出了一些措施和建议，以预防电气故障的发生。

Abstract： LTB245E1 circuit breaker is a widely used switch equipment in electric power enterprise currently. It"s the 220 kv SF6 circuit breaker produced by Beijing ABB company. This type of circuit breaker is equipped with BLK222 spring operating mechanism. Based on the fault analysis of spring mechanism， we found out many problems in it and then put forward some measures and suggestions to strengthen the maintenance management of SF6 circuit breaker， which is supposed to prevent the occurrence of electrical fault.

关键词： 断路器；弹簧机构；故障；分析；预防

Key words： circuit breaker；spring mechanism；fault；analysis；prevention

中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）01-0068-03

0 引言

高压断路器是输变电系统中执行控制和保护的主要设备，需要随时根据指令准确执行分合闸操作，其动作的可靠性极为重要，断路器的拒分、拒合及误动作都会给电力系统带来巨大的损失。操动机构是决定断路器性能的关键部件之一，根据国际大电网会议（CIGER）和中电联可靠性管理中心近年来的相关调查结果，操动机构是造成高压断路器故障的主要原因，其性能的优劣将直接影响到断路器的可靠性。

目前在110KV及以上电网居于主流地位的SF6断路器的操动机构主要有弹簧机构、气动机构、液压机构三种型式。其中弹簧操动机构是由弹簧提供断路器操作所需的能量，弹簧一旦储能，能量就被保持住而不会发生能量损失。相比之下，液压机构和气动机构储能后因为任何一个接头或密封面的泄漏，都有可能造成能量损失。所以，弹簧储能是一种最为可靠的储能方式。弹簧机构储能的操作也相对简单，只要在断路器每次合闸操作后启动一次储能电机即可。此外，与气动机构、液压机构不同，弹簧机构基本不受气候条件（如环境温度、灰尘）的影响，也不存在污染环境的可能。因此，随着对操作功需求较小的SF6断路器自能式灭弧室的发展，弹簧机构在126KV—252KV电压等级的SF6断路器上应用越来越广泛。

ABB公司制造的LTB245E1型断路器采用的BLK222型操动机构就是一种技术较为成熟，得到了广泛应用的弹簧机构。下面以这种机构为例介绍弹簧操动机构的原理，并对常见故障进行分析，提出预防措施。

1 BLK222型操动机构的工作原理

BLK222型操动机构主要由主轴、合闸弹簧、分闸弹簧，储能电机、合闸掣子、分闸掣子、驱动拐臂、偏心拐臂、驱动器、限位开关、分闸缓冲器等元件组成。其主要元件的布置如图1所示。

1.1 正常运行位置 断路器的正常运行位置是指其断路器主触头闭合且操动机构分闸弹簧（A）和合闸弹簧（6）都处于储能状态，在此状态下断路器可以随时响应操作指令完成分闸或自动重合闸循环。

1.2 分闸操作 接到分闸指令后，分闸线圈释放分闸掣子（1），并由断路器的分闸弹簧（A）完成操作，触头系统的运动由分闸缓冲器（11）进行阻尼。

1.3 合闸操作 接到合闸指令后，合闸线圈释放合闸掣子（4），驱动拐臂（2）带动偏心拐臂（3）至合闸位置，同时将分闸弹簧（A）储能。在合闸行程的末段偏心拐臂（3）被分闸掣子（1）锁定在合闸位置。由于偏心拐臂（3）的作用，驱动拐臂（2）脱开并返回初始位置。

1.4 合闸弹簧的储能 断路器合闸后，限位开关（9）接通储能电机回路，电机（8）启动给合闸弹簧（6）储能。合闸弹簧（6）储满能后，储能指示盘上的挡块压下限位开关（8），断开电机回路。紧急情况下，也可以使用机构箱中的专用储能手柄进行手动储能。

1.5 从BLK222机构的结构和动作原理来看，该操动机构的主要设计特点有：

①合闸弹簧直接驱动断路器的操作杆，不需要任何中间传动部件；

②所有动力元件均安装在一根由箱体支撑的主轴上；

③分闸和合闸脱扣相同，具有速动和防震的特点；

④分闸缓冲器用于阻尼触头系统在分闸行程末期的运动，不配备合闸缓冲器。

2 BLK222型操动机构的常见故障分析

BLK222机构发生拒分、拒合、合后即分、储能失败等故障后，应本着“先易后难”的原则，先从电气方面查找原因，再查找机械方面的原因。

2.1 电气原因的分析 BLK222机构电气故障的查找方法与其他类型的弹簧机构并无本质区别，有经验的技术人员一般都能根据图纸查找出故障所在，也比较方便进行针对性的处理。因此，仅将常见的电气故障列举如下，不一一展开阐述。

①控制电源电压异常，如：控制电源失电，控制电源电压过低等；

②分、合闸指令异常，如：误发分、合闸指令，分、合闸指令脉冲过长或过短等；

③控制回路的元件异常，如：熔丝熔断，端子虚接、松动，就地/远控转换开关接触不良，断路器辅助触点切换时序不正确或接触不良，回路绝缘低导致接地或串电等；

④闭锁功能异常，如：低压力闭锁误动作，防跳继电器误动作等；

⑤分合闸线圈异常，如：线圈烧毁、匝间短路；

⑥储能回路异常，如：储能电机匝间短路、限位开关不切换或接触不良等。

需要指出的是，有的故障虽然表现为电气异常，但究其原因却是机械方面存在问题，不能仅仅处理有问题的电气元件，而忽视了对更深层次原因的查找和分析，造成故障处理不彻底，重复出现。如：分合闸铁芯存在卡涩现象会引发分合闸线圈匝间短路，断路器辅助开关连接杆变形会导致断路器辅助触点切换时序不正确或接点烧毛、熔焊。

2.2 机械方面原因的分析 分闸（合闸）失败故障表现为：在断路器得到分闸（合闸）指令后，断路器不动作或者动作后无法保持。可能引发此故障的机械原因有：

①分闸（合闸）铁芯卡阻。一般是因为分闸（合闸）线圈吸合后，因线圈内铜套变形、开裂等因素的影响，铁芯无法正常撞击并释放分闸（合闸）掣子，这种类型的故障较为常见，应对分闸（合闸）线圈和铁芯进行更换。

②分闸（合闸）掣子故障。主要包括三种情况：a.掣子固定螺栓松动，引起掣子位置变化，无法正确咬合或释放；b.掣子咬合面因操作次数多，操作冲击大，材质不良等因素发生磨损，造成无法可靠咬合，应取下拐臂进行三坐标的测量，通常磨损量应控制在0.2～0.3mm以内；c.分闸（合闸）掣子脱扣器锁杆与衔铁之间的间隙不合格，厂家要求该间隙为1mm（如图2所示）。间隙过小，会造成衔铁冲击速度低，冲不动脱扣机构；间隙过大，会造成锁杆的运动行程不足，掣子同样不能工作。

③驱动拐臂断裂，造成合闸挚子不能有效动作。此类故障在2005年之前出厂的较常出现，其原因为部分批次产品的驱动拐臂材质问题，曾在部分省份被认定为家族型缺陷，2006年及以后，ABB公司对有问题批次的产品陆续进行了召回，近年来较少见到此类故障的报道。

④传动部分存在摩擦、碰撞现象。主要有：a.套装在主轴上的驱动拐臂、偏心拐臂因为变形、松动的影响，相互间发生摩擦，导致分闸（合闸）动作失败或速度异常低；b.因松动、移位、表面锈蚀等原因造成分闸（合闸）挚子与偏心拐臂（驱动拐臂）之间的咬合过紧导致挚子不能释放；c.当合闸操作力较大时，水平传动拉杆与合闸拐臂下沿剧烈碰撞后发生反弹，使合闸保持掣子来不及复位，导致机构合闸保持不住；d.主拐臂和辅助开关间的连接板弯曲、位移与辅助开关产生摩擦乃至碰撞，造成辅助开关不能正常切换。

⑤辅助连杆弹簧卡圈脱落。早期生产的BLK222操动机构内的分闸拐臂辅助连杆销都是用弹簧卡圈固定的，经多次操作后，弹簧卡圈易脱落，导致辅助开关切换失败。ABB公司已对这种产品进行了技术更新，直接采用铆接方式，可靠性有所提高。

⑥分闸、合闸弹簧故障，如变形、断裂等，造成机构输出功不足，引起分、合闸失败，或分、合闸速度不符合要求。产生此类故障的原因主要是弹簧的材质问题。另外，如果分闸缓冲器存在漏油等缺陷，造成分闸末端的剩余能量得不到阻尼，久而久之，会导致分闸弹簧故障；如果合闸卷簧层间的衬垫因安装工艺不良，运行中逐渐发生位移，会造成卷簧慢慢丧失变形量最终损坏。

3 BLK222机构故障的防范措施和检修维护建议

大部分SF6高压断路器弹簧操动机构制造厂商都声称其机械操作寿命在一万次以上，在此期间设备几乎不需要检修维护，但事实上许多断路器远未达到这样的操作次数就在机构上出现较严重的故障。即使是BLK222这种设计上比较成熟的弹簧机构，也会因为材质、制造安装工艺和维护方面的不足产生各种各样故障，甚至是家族型的、批次性的故障。另一方面，弹簧机构一旦发生故障，往往后果严重，故障处理周期长。因此，我们使用单位，应破除“免维护”的思想，重视弹簧机构的检修维护管理，预防机构故障的发生。

3.1 改变“重本体、轻机构”的习惯思维，合理制订的操动机构维护、检修计划 ABB公司《LTB245E1-BLK222开关维护检修导则》规定的BLK222机构的维护、检修周期和工作内容见表1。

从国内的BLK222机构运行经验和故障情况来看，个人认为小修和中修周期定得过长，不能满足设备安全健康运行的需要，应适当缩短周期。建议该机构的小修周期应与《DL/T 596-1996电力设备预防性试验规程》规定的断路器预防性试验周期相符，即在每次对断路器开展预防性试验的同时，开展机构进行小修工作，周期可定为1～2年。中修周期应视每次小修检查的情况而定，不宜超过5～8年。

3.2 重视操动机构电气回路的检修维护 根据有关统计，电气回路故障占弹簧操动机构故障总数的三分之二以上。且电气回路的安全运行受外部影响较大，运行环境恶劣、外部回路故障、误操作、检修人员工作失误等都会引发电气回路故障。因此，应充分利用设备停运的机会定期开展电气元件的清扫，接线紧固，回路绝缘电阻测量，对分合闸线圈等易损件和防跳继电器等关键部件还应进行必要的参数测试和模拟试验。

3.3 按标准开展机械特性试验，加强数据的分析和比对 由于开展BLK222机构及断路器的机械特性试验需要购置专用的SA10型测试仪，并对试验人员进行相关培训，有的使用部门用分合闸时间测试来代替机械特性试验。实际上，分合闸时间测试只能反应断路器触头运动的总体情况，操动机构在机械方面存在的很多苗头性的问题，如弹簧变形、老化，掣子锁扣与衔铁间隙不合格，缓冲不足，辅助开关连接板变形，传动部分摩擦等，都难以通过分合闸时间反映出来。而分合闸速度及行程测量、缓冲特性测量、辅助接点转换特性测试等机械特性试验项目可以从不同的侧面发现这些潜伏性故障。

对机械特性试验数据的分析也很重要，应注意与历年测试数据的比较。有的数据虽然在合格范围内，但与历史数据相比发生了较大的、趋势性的变化，应该引起重视，分析其变化原因，以便及时发现劣化倾向，做出针对性处理。

此外，在设备安装阶段还应注意不能以出厂时进行的机械特性试验代替安装调试中的机械特性试验。

3.4 认真开展机构的防潮、防松、防锈、和润滑 虽然BLK222型机构的环境适应性较强，但弹簧机构毕竟操作冲击大，动作速度快，机械元件表面加工精度高，从确保设备安全运行的角度出发，使用部门还是应该采取必要的运行维护措施，杜绝元件受潮、松动、锈蚀和缺乏润滑带来的不利影响。如：完善操作机构箱防水封堵，保证加热器正常工作，定期检查驱动装置油位，小修中复查螺栓紧固力矩，传动元件涂抹润滑脂等。

4 结束语

总的来说，BLK222型操动机构是一种设计理念比较先进，制造工艺相对成熟，弹簧操动机构。在126KV—252KV电压等级的SF6断路器上应用较为广泛，但该型机构在运行中也暴露出不少问题，需要使用部门加强对设备的管理，开展合理的检修和维护，防范故障的发生。

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