浅析ABB LTB245 E1系列开关典型故障案例
国网江苏省电力公司检修分公司、国网江苏省电力公司泰州供电公司的研究人员王肖、董德勇等，在2018年第9期《电气技术》杂志上撰文指出，ABB生产的LTB245E1系列断路器是现代变电站常用开关设备之一，采用弹簧自能式SF6灭弧装置。
本文介绍了LTB245E1型断路器的基本结构及动作原理，分析了一起由合闸拐臂断裂导致开关合闸不成功，操作几次后仍未成功合闸的故障案例，以及一起由于断路器电机在储能过程中BW小轮（储能限位滚轮）固定板松动引起偏移、变形，进而造成操动机构过储能，致使卷簧工作状态受到一定影响，造成储能电机无法完成储能的故障案例。
两起案例均是操动机构箱内由于机械故障导致断路器无法合闸的典型案例。通过对故障原因分析，可为变电运检人员日常维护提供借鉴，同时为相关厂家设计人员设备升级提供参考。
随着对现代电力系统稳定性要求的不断提升，即便短暂的停电也会给经济社会发展和国民生活产生极大影响[1-3]。因此，对于供电系统的工作人员来讲，熟悉断路器的运行性能，掌握典型断路器的结构和常见故障，对维护检修相关开关设备显得尤为必要。
ABB生产的LTB245E1断路器是现阶段220kV变电站常用的开关设备之一，采用弹簧自能式SF6灭弧装置[4-5]，由3个独立极柱组成，每个极柱又由机械操作部分、支柱绝缘瓷瓶和灭弧室三部分组成。
灭弧室内的动触头由保护套管中的绝缘拉杆传动分合构成断路器的电气分合主回路，极柱内部充有SF6气体作为灭弧介质，20℃时气体的绝对压力为0.7MPa，下部操作机构由合闸弹簧、分闸弹簧和驱动单元组成[6-7]。合闸操作后驱动单元给合闸弹簧储能，一次操作可以完成断路器分-合-分操作，通过给分、合闸线圈加以对应操作电源，可实现对断路器的分合闸控制[8-10]。
1 事故现场
1.1 B相机构合闸不成功，三相不一致动作
2016年11月4日11时15分，运行操作人员在保护屏上对220kV白马变电站220kV白兴4658断路器操作时发现机构箱出现异响，该断路器B相出现开关合闸不成功现象，随即三相不一致继电器动作，A、C两相跳闸，重复操作3次后仍未能成功，运行人员完成相关安全措施后，检修人员及厂家人员现场检查后，打开B相机构箱发现合闸拐臂断裂痕迹，机构箱底部存在有合闸拐臂震碎残片，合闸缓冲器存在一定的渗漏油痕迹。
1.2 储能指示不成功，电机回路无法断开
2016年3月2日14时05分，泰州运维站变电检修人员在对220kV生祠变电站220kV母联2610断路器进行分、合闸操作试验时，发现母联2610断路器储能电源开关合上后，A相机构箱内在储能过程中发出“咯哒咯哒”异常响声，储能指示未成功，储能电机持续处于转动状态，储能回路无法切断，断路器无法正常分合操作，B、C两相储能电机工作正常，储能指示无异常，机构箱内无烧焦异味。
图1 事故现场状态
2 现场勘查
2.1 分闸拐臂及分闸挚子断裂
检修人员到达现场后，经过勘查发现：220kV白兴4658断路器机构箱内拉杆存在新的受合闸拐臂断裂时磕碰的痕迹，弹簧处于正常储满能状态，储能限位开关小轮在储满能位置，与储满能位置线对齐无异常，断路器处于分闸状态，断路器控制选择开关已处于就地位置，储能电机空开在合闸位置，合闸缓冲器在开关动作时，有明显渗漏油迹象，合闸弹簧检查未发现异常，现场检查接线，除BG1-19线松脱外，其他接线均未被发现有松动迹象。
对分合闸挚子检查，未见明显异常，现场未发现开关本体及机构其他配件存在异常，地脚螺栓、支架固定螺栓、机构与支架固定螺栓未见有松动迹象。根据现场检查情况判断，进行如下操作：检修人员更换了白兴4658断路器B相合闸拐臂，清理了机构箱内缓冲器油污，随后对该断路器三相机械特性进行测试，测试数据显示分闸2时间偏大。相关数据见表1。
2.2 储能限位滚轮脱落
检修人员对220kV生祠变电站220kV母联2610断路器A相机构箱现场勘查发现：经测试储能电机电压为217V、电阻值为8.7，储能回路无异常，开关储能电机外表无明显烧黑痕迹，无烧焦气味，发现弹簧过储能，机构箱内BW小轮固定板变形，储能行程开关上固定BW小轮的一颗螺丝掉落。
根据现场检查情况判断，进行如下操作：检修人员确认将220kV母联2610断路器A相储能电源分开，将控制选择开关切换到就地位置，开关操作电源在断开状态，手动确认操动机构弹簧能量已释放完毕，拆卸行程开关工作部件，并在机构箱底部找到脱落的固定螺丝，将已经受力变形的BW小轮固定板复原到正常工作状态，将脱落螺丝回装到固定板BW小轮上并复紧，检修人员将复原后固定板BW小轮回装至开关操动机构箱相应位置，随后对220kV母联2610断路器三相机械特性进行测试，测试数据显示合闸速度偏低。相关数据见表3。
3 事故原因分析
3.1 短时间内频繁操作
根据对白兴4658断路器故障描述和现场勘查，结合以往此类拐臂断裂的原因判断有5种可能因素：
1）机构过储能，拐臂受过载冲击而断裂。检查机构的储能微动开关正常，储能回路接线可靠无松动现象；核查机构储能位置，符合出厂设置，基本排除了机构过储能故障。
2）零件内部存在沙眼等铸造缺陷。经过现场检查肉眼未见明显铸造缺陷，放大镜下检查存在少许缩孔。
3）无延时分合开关，分合闸拐臂相互撞击断裂。开关在做无延时操作时，合闸拐臂与分闸拐臂相向运动，会互相撞击，导致拐臂在最薄弱处断裂。
4）空合断路器时，合闸拐臂强烈撞击分闸拐臂，导致断裂。二次空合操作的时候，合闸拐臂与扣在分闸挚子上的分闸拐臂存在接触并发生硬碰硬的撞击的可能。造成的后果是使分闸拐臂在最薄弱处 断裂。
5）操作不规范。如果存在短时间内频繁操作的现象，那么两次合闸时间间隔短，多次储能结束就立即操作。断路器的标准操作时间为分—0.3s—合分—180s—合分，如多次合闸时间间隔过短，不符合操作要求，受断路器内部气体平衡、缓冲器回油、机械震动及储能时间等因素的影响，频繁操作就会对传动零件造成损伤。
造成合闸缓冲器渗漏油迹象的原因经分析是在合闸指令发出后，合闸线圈动作，带动合闸挚子和拐臂运动，此时合闸拐臂断裂，强大的合闸能量作用在合闸缓冲器上使其短时间回油。更换完合闸拐臂之后，重新操作断路器，缓冲器工作正常。
综合以上5种原因分析，造成本次白兴4658断路器无法合闸，三相不一致动作的直接原因是：运维人员对断路器操作过于频繁，未在一次断路器操作结束后180s后进行再次操作，加之合闸拐臂自身工艺存在缺陷，造成本次合闸拐臂受力断裂。
3.2 BW小轮松动、偏移、变形
220kV生祠变电站220kV母联2610断路器A相操动机构弹簧过储能故障原因，经分析是操动机构内部紧固储能限位行程开关其中一个螺丝（实际两个固定螺丝）由于断路器长期操作振动掉落，造成开关电机在储能过程中储能限位滚轮BW小轮固定板在电机转动的强大扭力下存在偏移、变形，进而造成A相操动机构过储能，引起储能电机完成储能后无法有效切断，不满足断路器合闸条件。同时卷簧本身由于过储能操作工作状态受到一定影响，断路器合闸速度不符合标准。
4 测试数据分析
1）经过检修人员对220kV白马变电站白兴4658断路器B相分合闸拐臂及分闸挚子进行更换后，在现场用开关测试仪器操作开关3次，测试数据显示分闸2操作电源动作电压在合格范围内，分闸2时间略微偏长，相关数据见表1。
检修人员随即现场调整分闸2线圈动作行程后，缩短重新对开关三相动作特性进行测试，5次操作后各项参数均显示正常，相关数据见表2。
表1 调试前后开关机械特性参数
表2 调试前后开关机械特性参数
2）经过检修人员对220kV生祠变电站220kV母联2610断路器A相机构箱内储能限位板矫正并将复原固定螺丝后，经过测试发现220kV生祠变母联2610断路器A相合闸速度为7.1m/s，不符合正常工作标准。相关数据见表3。经过重新校准合闸弹簧弹力后，母联2610断路器A相合闸速度为7.5m/s，符合断路器工作标准，其他机械特性数据均在合理范围内，弹簧弹力调试合格。相关数据见表4。
表3 调试前后开关机械特性参数
表4 调试前后开关机械特性参数
根据以上几个步骤的测试数据显示，开关各项动作特性均在正常范围以内，检修人员针对220kV生祠变220kV母联2610断路器A相故障予以排除。检修人员相继对母联2610断路器A、B、C相依次进行6次分、合闸操作，3相储能电机均无异常响声，储能时间在合理范围以内，电机未见过储能现象，开关分合、闸指示正常，现场无遗留问题。
1）开关机构储能回路正常，而拐臂自身材料以及断路器传动过程中运维人员频繁操作是导致合闸拐臂损伤断裂的最大可能因素。
2）开关操作中，运维人员应注意在分、合储能开关时，识别开关操动机构有无异响，定期对机构内部进行检查，防止重要部件松动和脱落。
3）开关的修试过程中，检修人员应注重对储能电机异响识别能力，发现电机出现老化、卡涩等现象，必须及时处理并加强对其的保养，并应当紧固重要部件的螺丝。