一起CT20型弹簧机构断路器拒分故障原因分析及处理
国网安徽省电力有限公司电力科学研究院的研究人员张国宝、杨为、朱胜龙、赵恒阳、宋东波，在2019年第12期《电气技术》杂志上撰文，针对一起CT20型弹簧机构断路器拒分故障案例，结合现场的故障现象和CT20型弹簧机构的结构特点进行分析，查找出本起断路器拒分故障的原因为合闸弹簧储能不足。同时结合本案例对CT20型弹簧机构断路器的后续运维检修提出合理化建议。
CT20型弹簧机构具有可靠性高、机械寿命长、出力稳定等优点，目前在252kV及以下高压断路器操动机构中被广泛运用。然而，随着断路器运行年限的增加，操作机构内部卡涩、油脂凝固、弹簧疲劳、连杆传动轴断裂等情况频繁出现，引发断路器拒分拒合故障，给电网带来重大的安全隐患。
本文针对一起典型的配CT20型弹簧操动机构的断路器拒分故障案例，结合该型机构的结构特点，详细地分析了故障发生的原因，并针对CT20型弹簧机构断路器的后续运维检修提出合理化建议。
1 故障情况
2018年5月17日，当XX变电站XX断路器进行分闸操作时出现A相拒分，后台报送“非全相保护动作，两副分闸控制回路断线，储能电机超时，保护装置告警”等信号。现场检查发现B、C相断路器已分闸，A相断路器处于合闸不到位的状态（如图1所示）。打开A相断路器操作机构箱，发现A相断路器两套叠装布置的分闸线圈均已烧毁，分闸电磁铁顶杆烧蚀卡住（如图2所示），分闸弹簧仍处于压缩储能状态。
图1 A相断路器机构拒分后的位置图
检修人员在更换新的分闸线圈后，进行断路器手动分合试验，A相断路器再次出现合闸不到位现象（后台指示合闸到位），电机持续空转直至储能超时。同时，发现分闸保持挚子未到位，分闸脱扣器扣接位置异常，勾住分闸止位销，分闸弹簧储能无法释放以完成断路器的分闸过程。
故障设备为LW24-252型断路器，配CT20型弹簧操作机构，2015年9月出厂，2015年12月投运。
图2 A相断路器两套分闸线圈均烧毁
2 现场检查
依据现场故障现象，判定断路器拒分故障是因断路器合闸不到位引起的，需要从电气和机械两方面对A相断路器进行检查。
2.1 电气方面检查
在对电气控制回路进行检查后发现：①控制回路电压正常，分闸控制回路导通正常；②辅助断路器触点导通正常、切换无卡涩，无接触不良状况；③同时，分合闸线圈动作电压性能正常，分合闸线圈铁心顶杆无卡涩且行程到位。因此，判断此次故障并非电气性能原因。
2.2 机械方面检查
CT20弹簧机构合闸弹簧在合闸过程中释放的功主要用于4个方面：①带动运动部件完成合闸运动，保证合闸特性；②给分闸弹簧储能，保证进行分闸操作时所需的分闸操作功；③克服缓冲阻力所做的功；④克服运动过程中各种摩擦力做的功。因此，需要从机构合闸弹簧力、分闸弹簧力、机构内部卡滞等方面进行检查。
1）机构内部摩擦力及卡滞情况检查
对传动机构内部进行装配工艺检查，弹簧机构本体与机构箱固定螺钉及输出拐臂紧固螺钉无松动，分合闸触发器、挚子、拐臂、输出轴装配位置正常，凸轮间隙在合格范围内。同时，棘爪轴、凸轮轴和电机齿轮润滑良好，无锈蚀。对机构进行慢分、慢合试验，验证了本体内部不存在严重卡涩。
2）分合闸弹簧输出力检查
现场对分合闸弹簧压缩量及分合闸速度进行测量，合闸弹簧压缩量及合闸速度均低于标准值，其性能测试结果见表1。
表1 分合闸弹簧性能测试结果
3 故障原因分析及改进措施
因操作机构合闸弹簧压缩量不足而引起机构合闸输出力不足以克服机构内部阻力和分闸弹簧的反向拉力，致使断路器未能完全合闸到位，使其处于接近完成的合闸状态。
此时，因储能棘轮未完全释放运动到位（棘爪无法啮合棘轮齿轮旋转储能引起电机空转），故未能带动机构大拐臂运动到位从而有效勾住分闸脱扣器，使分闸脱扣器扣接位置异常，勾住了分闸止位销（如图3所示），致使分闸保持挚子未复位状态。但是断路器内部的行程开关已切换到合闸状态，因此后台保护装置报送断路器三相均已合闸的信号。
图3 A相断路器传动机构现场状态图
因此，断路器机构在收到分闸指令后，分闸电磁铁顶杆无法敲击到分闸保持挚子释放分闸脱扣器，致使分闸弹簧未释放，机构未能分闸，导致分闸线圈长期带电而烧毁。
现场对合闸弹簧压缩量进行调整，在将合闸弹簧压缩量增加到32mm后，对断路器进行多次分合试验，断路器分合均正常，且断路器分合闸速度均达到标准要求。目前断路器已恢复正常运行。
1）对同批次和同型号的断路器开展合闸不到位隐患问题的排查。
2）对故障断路器的合闸弹簧进行拉力测试，对疲劳及不合格弹簧进行整体更换。
3）建议在合闸速度允许范围内，略微调高合闸弹簧的压缩量。
4）建议运检人员在进行机械特性试验时，同步检查分合闸弹簧的压缩量、凸轮间隙、分合闸动铁心间隙等关键参数。
5）对断路器机械特性进行在线监测，结合停电检修检测，跟踪比较机械特性的变化情况，及时发现弹簧机构存在的隐患。