电气设备断路器故障原因分析与处理

摘要：本文结合一起GIS断路器合闸故障，对故障现象进行了简单的描述，并对事故原因进行详细的分析，得出断路器故障是由于主轴轴承受潮生锈卡死引起的，并成功排除故障，保证供电的可靠性。

关键词：电气设备；GIS；断路器；合闸故障

中图分类号：F406文献标识码： A 文章编号：

0 引言

气体绝缘开关简称GIS，以金属筒为外壳，SF6气体作为绝缘和灭弧介质，是将变电站中除变压器以外的所有一次设备优化设计成一个有机组合的整体。它由断路器(CB)、隔离开关(DS)、接地开关(ES)、电压互感器(VT)、电流互感器(CT)、避雷器(LA)、母线(BUS)和套管(BSG)8大部件组成。为保证GIS断路器操作的正确及保护GIS断路器本体的正常运行，GIS断路器的合闸一般逻辑严密且复杂。当GIS断路器出现异常情况，停电影响范围较大、修复时间较长，后果一般比较严重。

1 故障现象

某220kV变电站110kV采用GIS设备，户外布置，断路器机构为ABB液压蝶簧机构。事故前的运行方式：110kV部分共有2条进线、9条出线、2个母联、2个母分间隔分别接于I、II、III、IV母线上运行，III/IV母联18M断路器处于热备用状态。

当III/IV母联18M断路器由热备用转检修，测控装置给出合闸命令后报“控制回路断线”，后台监控显示无断路器位置信号、无电流流过，现场检查发现电气位置没有显示、机械位置指示卡在一半位置，进一步查看发现辅助开关没切换，传动连杆只走了三分之一左右行程，18M断路器没有合上，出现合闸不到位现象。

2 故障原因分析

由于18M断路器采用ABB液压蝶簧机构，液压部分并无管路等部件，全部是一体化生产，精密度、稳定性高，而本体部分封闭于罐体中，只通过连杆、拐臂与本体主轴连接，因此，给事故原因分析带来了很大的困难。

首先检查断路器的操作机构，包括控制回路、液压机构、蝶形弹簧、分合闸线圈、辅助开关等等，检查结果并无发现异常现象，机构各个功能部件工作正常。检查无问题后对断路器进行试分合，分、合闸动作正常，没有发生拒分、拒合、半分、半合现象，因此初步排除机构问题。

采用断路器机械特性测试进行分析判断。经过几次测试，对结果数据进行分析发现每次测试数据偏差比较大，断路器的分、合闸时间比标准数据范围偏大，分、合闸速度比标准数据范围偏小，同时，在测试过程中再次发生合闸不到位，辅助开关没有切换的情况，此后几次合闸操作均无法合闸到位，卡在一半位置。

打开本体下部主轴和拐臂的盖板，发现内部受潮，底部铁板、轴承盖、螺栓生锈，于是进一步打开轴承盖对轴承进行检查，轴承生锈严重，滚针轴承的轴套受到挤压已经发生波浪状变形，具体见图1。用移路多除锈剂对轴承进行简单除锈处理后，分合闸均能操作到位。

图1轴承生锈及轴套变形

综合以上分析，此次18M断路器合闸不到位是由主轴轴承生锈卡死引起的。

3 故障处理

虽然对轴承进行简单除锈处理暂时可以使断路器分合闸到位，但轴承内部已经受到严重损伤，必须更换新轴承，防止再次出现类似故障。

由于轴承座和GIS本体是一体化制造而成，主轴内部空间狭小，且不能使主轴和本体受到损伤，拆装轴承有很大的困难，无法使用三爪拉马、敲击等正常的方法进行，而厂家技术服务人员给出的更换轴承方案则是通过吊装断路器本体进行，更换工期长、工作量大、停电范围大，无法快速解决问题，无法满足供电可靠性。通过对主轴及轴承座等安装情况进行研究，决定利用现有条件，加工辅助工具进行轴承拆装，具体步骤为：

(1)辅助工具研制。加工2套钢环，钢环内径为64.5mm，比主轴外径大0.5mm；钢环外径为89.5mm，比轴承座内径小0.5mm，并将其剖成两半，1个高度30mm，另1个60mm，见图2。

图2钢环

(2)拆卸轴承。首先拆除主轴下部拐臂，然后两半钢环抱住主轴，利用轴承盖和轴承座上的6个8mm螺孔，通过6个加长螺栓均匀锁紧轴承盖，使钢环压出轴承，安装见图3。取出轴承后对其检查，2个滚针轴承严重生锈，无法转动，其中1个轴承内部多条滚针已被压碎，见图4。

图3轴承拆卸图

图4滚针轴承压碎图

(3)安装新轴承。轴承、钢环、钢板对准叠好，利用主轴底部一个8mm螺孔，锁紧一个中间开孔钢板，通过钢环反方向压入轴承，安装见图5。

图5安装新轴承

(4)机械特性试验。全部安装调整完成后断路器辅助开关切换、信号指示等各个项目工作正常，对断路器进行机械特性试验，分合闸时间、速度、同期、行程特性曲线等参数试验数据全部在合格范围内，故障消除。

4 结论

该次故障是由主轴及轴承受潮引起生锈卡死，导致断路器操作异常，无法动作到位，虽然没有引起其他扩大事故，但也给正常的生产运行造成了巨大的影响，是一起非常严重的安全隐患，再次发生类似事故，可能烧毁断路器，造成停电，为吸取教训，防止此类故障发生，应做好以下几项工作：

(1)对所有户外安装的GIS设备的机构箱进行检查，检查密封情况、轴承情况，对锈蚀部位进行除锈处理，部位涂抹二硫化钼脂，防止轴承受潮生锈。如发现轴承生锈变形，及时安排停电进行更换。

(2)此前年检等日常维护只注重机构箱、汇控柜的防水、防潮问题，对于该类型的GIS断路器，应把主轴轴承防锈、后盖密封防潮列为检修维护项目，确保断路器安全运行。

(3)排查发现轴承受潮生锈多为后盖板密封不严导致，因此，订货时须对后盖密封问题提出具体的技术要求，如密封圈的厚度及质量、螺丝孔采用盲孔、盖板达到一定厚度防止锁紧变形等。

(4)对于潮湿天气以及污染严重等地区，应加强操作机构箱的维护工作，改善机构箱的工作状况；同时，建议这些地区的GIS设备采用户内布置，防止潮气、酸雨对设备造成腐蚀生锈，引发设备故障。