（盐城发电有限公司 江苏盐城 224003）
摘要：断路器拒分故障其性质是极其严重的，本文针对ZN65A-12型手车式真空断路器在安装调试及投运初期所频繁出现的拒分故障，对其外部控制系统、内部电气回路和机构传动部分进行全面的分析研究，查明根本原因为真空断路器机构的初始分闸力矩过小，引起该批次断路器拒分，并采取调整主轴拐臂角度的有效改进措施，保证了其分闸的可靠性，彻底消除了可导致设备事故扩大的重大安全隐患。
关键词：真空断路器；拒分；力矩；拐臂角度；可靠性
引言
空断路器因其结构简单、运行可靠性高、维护工作量小，已广泛应用于6～10 kV级电力系统中。我厂于2005年在2台150MW机组6kV厂用辅机系统中共安装了46台国产ZN65A-12型手车式真空断路器。为提高断路器的性能，专门配装了灭弧性能更好的VS12040R型西门子真空包，配套完备可靠的“五防”装置。开关柜配置了综合保护装置，可进行就地手动、电动分闸、合闸，也可进行就地手动机械分闸、合闸；远方则采用DCS自动控制方式进行操作。在安装调试期间，多次出现拒分现象。
1 断路器拒分故障的排查
1.1 机构工作原理
ZN65A-12型断路器的操动机构主要包括合闸功能单元、分闸功能单元、传动功能单元和辅助功能单元等四个单元。其合闸功能单元在接到合闸命令后将合闸储能弹簧的弹性势能经合闸连杆传递到主轴上使主轴转动（如图1所所示），在主轴转到合闸位置后，通过锁块（如图2所所示）的自锁作用将断路器有效保持在合闸状态。合闸过程的同时，分闸弹弹簧也压缩储能，为断路器分闸提供足够的分闸能量。其分闸功能单元在接到分闸命令后，在分闸电磁铁或手动机械按钮的作用下，分闸连杆运动后带动锁块（如图2所示）旋转，解除合闸保持机构的锁定功能，在分闸弹簧的作用下致使主轴转动，实现断路器分闸的功能。
1.2 拒分故障现象
正常情况下，运行人员进行送电操作，都应将断路器手车摇至试验位置，进行就地试分、试合，以判断断路器本身动作是否正常。初步安装调试结束后，辅机逐步开始试转，在试转期间，时常出现断路器拒分故障，经安装人员多次处理，其拒分现象未能消除，在问题难以解决的情况下，联系设备厂家来人处理。经厂家技术服务人员全面检查后，短时间内连续进行十余次循环合闸、分闸操作，却未出现拒分现象，但是，随着断路器保持合闸状态较长一段时间以后再行分闸，却又重复出现拒分的现象，这就不得不使我们再度扩大故障查找范围，顺着控制流转程序进行检查。
1.3 DCS系统的检查与分析
DCS系统由操作员站（人机接口界面）、软件逻辑组态运算、数字输入输出、模拟输入输出模块等几大部分组成。操作员根据需要，在操作员站进行操作，将指令输入电脑，DCS系统经过软件逻辑运算，并通过数（模）模块输出指令，经过对相关的46台设备历时6个月的跟踪分析，对DCS指令的输入、输出对应关系进行核对，由操作员输入的指令，均能通过DCS输出继电器准确地输出。由此说明，断路器拒分故障与DCS控制系统无关。
1.4开关柜外围系统的检查与分析
顺着逻辑传递关系，我们对DCS输出继电器接点至开关柜之间的电缆及接线进行全面检查，所有接线正确，绝缘良好；继而又对DCS指令输出至开关柜相应电缆接线端子进行监测，同样，经过对相关的46台设备历时6个月的跟踪检测，由操作员输入的分闸指令，通过DCS输出继电器输出后，在电缆接线端子上均能测量到电压从220V→0 V。由此说明，外回路接点已按分闸指令要求准确接通，指令传递正确，断路器拒分故障与DCS系统及外回路无关。
1.5开关柜内部电气回路的检查与分析
排除了开关柜外部电气回路故障的可能，我们根据开关柜出厂原理接线图进行详细的分析研究并对开关柜的内部接线进行了全面检查，并采用就地控制方式并对其动作状态进行监视，所有分闸、合闸动作均正常；同样经过历时6个月的跟踪检测，由操作员输入的分闸指令，通过DCS输出继电器输出后，经仔细辨别，在开关柜上能听到分闸铁芯动作的声音。由此说明：断路器拒分故障与开关柜内部电气回路无关。
2 断路器分闸机构的检查与分析
经过上述各个方面的排查，基本可以判定拒分故障可能与断路器机构本身的某种缺陷相关。在安装人员和设备生产厂家都无法查明断路器拒分故障原因的情况下，我们主动探索研究，综合分析，终于发现了故障出现的两个规律：第一，当断路器发生拒分故障后，如果连续重复操作，基本不会出现断路器拒分故障现象。第二，断路器拒分故障一般出现在断路器处于合闸状态一定时间之后，时间越长，越易出现拒分情况。根据这些特征，我们对出现频次相对较高的10甲凝泵断路器本体进行深入检查试验，在观察机构的动作情况时，捕捉到一个极其重要的状态：
执行分闸指令时，分闸铁芯已动作，通过分闸连杆的连动已打开锁块的锁定功能。这足以说明，断路器的拒分故障问题仅存在于机构本身。进一步分析，分闸铁芯已动作，分闸机构已打开锁块，这又说明分闸功能单元已执行分闸指令，分闸锁扣已打开，但未能使断路器分闸，初步分析可能是分闸弹簧的弹力不足而引起断路器的拒分故障。
针对这种设备存在的缺陷，我们首先尝试在分闸弹簧顶端逐步添加平垫片，以增加分闸弹簧的压缩而加大弹力，经过长达3个月的试验，拒分故障仍未能得到有效控制。我们又对断路器机构的原理进行了综合分析，对产生拒分的原因进行深入研究后认为，分闸力矩的大小，除受分闸弹簧的压力大小影响外，还与分闸有效力臂的大小直接相关，断路器不能分闸，说明分闸力矩偏小，但通过增加弹簧的压力对增加分闸力矩十分有限，只有增加有效力臂才能增加分闸力矩。而力矩的大小既与力臂的实际长度有关，又与力臂的角度有关。
我们将这一分析意见反馈给生产厂家，厂家认可了我们的意见，承认断路器本身在设计方面存在不足，存在分闸死区。由于断路器存在分闸起始力矩未充分避开死区，所以，断路器合闸后，在一定时效作用下，机构状态充分发生形变，使得断路器进入“死区”，因此，造成了上述所说的“在断路器处于合闸状态一定时间后，时间越长，越易出现拒分情况”的情况反复出现。
3 问题的解决
由于断路器起始分闸力矩过小引起断路器的拒分故障。查出了这一根本原因，可以采取两套方案来解决：1）调整分闸弹簧的固定端位置，相当于调整力的方向；2）改变主轴与分闸弹簧相连的拐臂角度，相当于调整有效力臂的大小。
根据该断路器机构的实际空间位置，决定采用第二种方案，即按调整后的拐臂角度更换新轴，调试合格投运后，再未发生过拒分现象，断路器拒分这一重大安全隐患得到彻底解决。
作者简介：
贲 扬（1984-），男，工程师，本科学历毕业。从事继电保护工作12年，现任盐城发电厂安全生产部电气专职。
论文作者:贲扬
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/8
标签：断路器论文; 故障论文; 开关柜论文; 力矩论文; 指令论文; 弹簧论文; 机构论文; 《电力设备》2019年第4期论文;