一起搭载BLK154机构的LTB145D1B开关故障及其原因分析

一起搭载 BLK154机构的 LTB145D1B开关故障及其原因分析

叶青

广东电网有限责任公司广州供电局变电管理三所 ,广东广州 ,510000

摘要：本文描述一起ABB产搭配BLK154机构的LTB145型开关在正常合闸操作中发生的半分合故障，并对该开关故障原因进行剖析。文章对故障设备进行解体，初步锁定设备问题所在。随后对采用相同修理工艺处理的同型号设备开展了大规模的机械特性测试，分析出该型号开关机械特性劣化的规律。通过对开关机构的动作原理的分析，指出修理失当的LTB145-BLK154型开关将在多次操作后发生分合闸阻力增大，从而导致开关机械特性劣化。

关键词：LTB145开关，BLK154机构，机械特性，劣化，修理工艺

1 引言

ABB产LTB145型开关为瓷柱式三相联动开关，BLK154机构为弹簧操动机构，合闸弹簧为卷簧，分闸弹簧为压簧，合闸时通过合闸弹簧为分闸弹簧储能。广州某110kV变电站#1变高开关即为该型号开关，于1995年出厂。2018年初运维部门对其进行大修。大修后机构箱中电气元件、线缆、分合闸弹簧均已更换，灭弧室进行修理及部分零部件更换。2018年2月大修后重新投运。

2019年3月，运行人员某次停电后操作送电时发现101开关存在合闸不到位现象现象。当晚变电所检修人员到场检查发现开关合机构及本体均显示合闸不到位，储能后重新合闸仍不到位。

2 现场检查情况

故障当天，检修人员对该开关展开外观检查、操作测试、回路电阻测试、现场分解物测试等工作，检查发现开关处于半分合位置，储能完成后就地操作合闸不到位，无法分闸，现象可以重现；

回路电阻测试显示A相导通，阻值为765.35μΩ，B、C相开路；现场分解物显示B、C相气室SO2超标，数值为61.5μL/L，其他气体成分正常。

次日，检修人员与ABB服务人员在现场进行机构及开关极柱的检查测试。检查发现故障开关极柱内部有摩擦力增大现象，且该现象在2018年2月份验收试验中尚未出现。

随后更换开关机构进行测试，多次操作之后会在开关合闸时发出两声响声，继续操作将出现类似故障当晚的半分合现象。

为了进一步缩小故障范围，运维部门安排这台开关返厂进行解体。

3 开关本体解体检查情况

在进行解体前，对三相极柱拉杆进行分合闸力矩复检。检查结果表明B、C相极柱合闸力矩超过45N·m的标准^[1]，分别为50N·m、50N·m。可见合闸拉力情况与现场测试情况基本符合，B、C相阻力过大，不合格。而分闸拉力均比合闸拉力小。考虑到分闸时已叠加上开关动触头的重力，此数据亦符合预期。

拆开三相动触头的压气缸，查三相压气缸内壁，可见压气缸内壁均有深浅不一纵向划痕，但无明显粗糙度上的差别。其中A相压气缸内壁残留少量润滑脂，B、C相压气缸内壁润滑脂几近干燥。

清理掉分解物不做任何处理后对三相压气缸按照出厂测试流程进行动作拉力测试。该测试采取控制变量法，分别改变弹簧数量、安装导向片与否、更换新弹簧、更换新压气缸、是否涂抹导电脂等多个不同变量，测量不同工作条件下的拉力。

拉力测试可得结论：

（1）B、C相压气缸拉力测试超标，A相拉力正常；

（2）在三相压气缸内壁按照厂家标准施工工艺涂抹润滑脂后，重新做开关拉力测试，三相开关拉力均合格。

4 对其他大修后的开关的操作及解体分析

随后组织对其他经过ABB大修的开关进行大次数开关特性测试。测试结果表明，大部分搭载BLK154机构的开关存在多次操作后开关特性测试劣化的现象。在关键数据超程上的表现尤其有代表性。图2为其中几台开关的数据。这些开关投运最多的不超过1年半。

图 1 几台开关的超程变化情况

对其中超程变化最严重的开关进行返厂解体检查，同样发现存在压气缸内壁未有效涂抹润滑脂的问题。

对该台不作任何处理后复装，并在厂内进行大次数操作测试。在操作至第86次时，发生类似故障开关的合闸时发出两声响声的现象，此时超程下降至4.1mm。继续操作至177次是，发生半分合现象。此前一次成功合闸时超程已下降至3.3mm。

经过多方验证，ABB承认在检修该开关时未按照厂内生产工艺在压气缸内均匀涂抹润滑脂，导致开关本体阻力增大，多次摩擦后可能导致合闸不成功。

5 BLK154开关机构动作原理分析

BLK154机构正常动作过程中，合闸时主拐臂通过储能拐臂与分闸拐臂的啮合带着从拐臂动作，合闸的同时把能量输出到分闸弹簧^[2]，当主拐臂带动从拐臂冲过合闸保持位置时，由于从拐臂偏心凸轮的作用使主、从拐臂解除啮合，从拐臂在分闸弹簧作用下往回运动，直至从拐臂上的合闸保持掣子被分闸掣子旁边的顶杆挂住时，合闸位置被保持，分闸弹簧储能完毕。从拐臂冲过合闸保持位置再往回运动的过程表现在开关本体上即为6~9mm的超程。

主拐臂与从拐臂脱开后由于合闸弹簧剩余能量要释放，将带着主拐臂再沿着弹簧储能方向动作一段距离。

主、从拐臂需要合闸保持掣子越过顶杆之后一段距离才能解除啮合。假如合闸能量不足，合闸后拐臂未能到达解除啮合位置，则从拐臂会带着主拐臂回弹，合闸保持掣子击打顶杆，发出第一声响声；随后合闸弹簧储能时由合闸弹簧带动主、从拐臂越过接触啮合点，从拐臂与主拐臂脱钩后回弹，合闸保持掣子再次击打顶杆，发出第二声响声。

图 2 机构正常动作时拐臂位置图

6 故障原因分析

由于开关合闸储能角减少，导致合闸弹簧能量不足，在合闸过程中不能克服开关本体传动系统和分闸弹簧的阻力，使得该开关机构在合闸时分闸枴臂未被带过分闸掣子，并出现反弹，开关出现了合闸后再分闸的现象，最终在半分半合位置。厂方在该断路器大修项目中，存在施工工艺把控不严的问题。因此，本体阻力增大也是石楼站101开关合闸失败的原因之一。

7 结论

综上，可以判定本案中开关拒合的原因如下：一是本体阻力增大，二是合闸能量下降导致不足。ABB产LTB145-BLK154开关投运前，可通过以下几个方面综合判断开关是否存在内部阻力增大现象：

（1）脱开连杆，分相测量极柱分合闸力矩；

（2）检查开关储能角度是否接近储能角度极限值147°，是否还有调整空间；

（3）进行大次数开关机械特性测试，记录并观察开关机械特性数据是否存在劣化，重点关注超程数据。

参考文献

[1] 北京ABB高压开关设备有限公司.LTB145D1本体检修作业指导书[M/CD].北京ABB高压开关设备有限公司,2019

[2]方可行.SF₆断路器的弹簧操动机构及其应用[J].高压电器.2003,39(6):76-77