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摘 要：高压断路器作为电力系统的主要控制和保护元件，能够切断正常负荷电流和故障短路电流，对保证设备正常的倒闸操作和电网的稳定运行起着非常重要的作用。本文针对一起110kV断路器合后即分故障，通过现场检查、故障后试验和操作机构检修，同时结合断路器配用操作机构原理、复位弹簧和掣子的设计、材质、尺寸等，找出了发生故障的主要原因和次要原因，并提出相应的整改及预防措施。
关键词：断路器;故障;检修
常见的断路器故障有如下几种：①绝缘故障。因绝缘问题而引发高压断路器故障发生的次数是最多的，主要有内、外绝缘对地闪络击穿，相间绝缘闪络击穿，雷电过电压击穿，瓷套管、电容套管污闪、闪络、击穿、爆炸，绝缘拉杆闪络，电流互感器闪络、击穿、爆炸等。②拒动故障。高压断路器的拒动故障包括拒分和拒合故障。其中拒分故障最严重，可能造成越级跳闸从而导致系统故障，扩大事故范围。造成断路器拒动主要有机械原因和电气原因。③误动故障。高压断路器的误动主要是由二次回路故障、液压机构故障和操动机构故障引起。④开断与关合故障。少油和真空断路器出现开断与关合故障较多，主要集中于7.2～12kV电压范围内。⑤载流故障。载流故障主要是由于触头接触不良过热或者引线过热而造成。⑥外力和其他故障。外力和其他故障主要为泄露故障和部件损坏，主要包括：气动部分漏气、液压部分漏油、断路器本体漏油等。
一、故障简介及分析
某220kV变电站110kV线路侧173断路器在进行B修过程中，发现该断路器发生了合后即分现象，手动合闸20次左右即出现7次合后即分现象。在现场检查操作时，拆掉分闸线圈后，手动进行5次合闸操作仍发生1起合后即分现象。因此，可排除断路器控制回路有异常信号而导致的故障可能性，怀疑发生故障的原因在断路器配用机械部分。后又在未对断路器任何调整处理前，对171断路器进行断路器分合闸动作特性测量。并采用高速相机对171断路器合闸过程拍摄发现，断路器B相主拐臂与相间水平连杆未发生碰撞情况，如图1所示。
二、故障检修处理
由于考虑到合后即分故障出现有一定概率性，参考之前同类故障处理方法，现场对171断路器分闸掣子及复位弹簧进行了更换。新旧分闸掣子对比：1）旧掣子有一定磨损，特别是合闸保持掣子脱扣滚轮接触部位;2）旧掣子表面镀锌层因运行年限较长有氧化褪色现象。新旧复位弹簧对比：新复位弹簧较旧弹簧总体长度缩短4mm，弹簧有效圈数减少约1.5圈，弹簧直径增大，弹力系数明显增大。更换分闸掣子和复位弹簧后，进行了15次就地合闸和5次远方合闸操作，未发现合后即分现象。
三、故障原因分析
1、CT30机构动作原理。在合闸弹簧已储能状态下如图2所示，合闸线圈通电吸合撞击合闸掣子解锁，合闸弹簧释放，凸轮顺时针旋转推动内（外）拐臂绕拐臂轴逆时针快速旋转，带动机构输出拉杆进行合闸动作，同时外拐臂压缩分闸弹簧储能，分闸掣子和合闸保持掣子在各自复位弹簧的作用下复位，合闸保持掣子及分闸掣子共同作用锁住内（外）拐臂，此时位置（即合闸位置）如图3所示，合闸过程结束。
2、合后即分原因排查。断路器弹簧操作机构发生合后即分故障主要有三个原因：控制回路信号异常;传动机构外拐臂与相间水平连杆发生碰撞;机构合闸保持状态不稳定。
①控制回路信号异常排查：
在检修过程中发现合后即分现象时，手动操作仍然发生了合后即分，即可排除断路器控制回路有异常跳闸信号而导致合后即分的可能。
②传动机构外拐臂与相间水平连杆碰撞：
在故障断路器未做任何调整下，采用采用高速相机对合闸过程拍摄发现，断路器B相主拐臂与相间水平连杆未发生碰撞情况，即可排除断路器传动机构外拐臂与相间水平连杆发生碰撞而造成合后即分的可能。
③机构合闸保持状态不稳定原因排查：
由于弹簧机构合闸保持原理可知，使机构保持在合闸状态下，是通过设计巧妙的杠杆原理，逐级减小了作用在分闸掣子上的力矩，从而实现了以较小的推力就可以控制大功率弹簧机构的分闸。在这里不得不提到作用在分闸掣子上的一个关键参数：合闸保持力矩M，其值大小由4个因素决定（ ）：来自合闸保持掣子的作用力P1，来自复位弹簧的作用力P2，以及力臂L1和L2。合闸保持力矩M越小则意味着机构的合闸状态保持变得不可靠。
对与合闸保持掣子作用力矩M1，其作用力P1主要来自于分闸弹簧的压紧反弹力，作用力大小在不调整分闸弹簧压缩量情况下不会明显改变;其力臂L1理论上由于圆柱销和复位弹簧的作用不会发生改变，但是由于脱扣滚轮与分闸掣子在每次断路器分合闸过程中都会发生撞击和摩擦，以至于分闸掣子受到磨损而改变了脱扣滚轮与分闸掣子的扣合角度。考虑L1值本身较小，即使扣合点发生接触角度轻微改变，由M1=P1×L1×（cosα）2可知，仍会造成合闸保持掣子作用力矩值减小，同时可知，随磨损加重，合闸保持掣子作用力矩值会急剧减小。新旧分闸掣子对比可发现，旧分闸掣子表面形成了较为明显的圆弧状凹坑。
对与复位弹簧作用力矩M2，其作用力P2主要来自于复位弹簧的压紧反弹力;其力臂L2由分闸掣子零件外形设计确定，理论上不會发生改变。
四、故障结论分析
据了解，机构生产厂家约在2年前对于CT30机构分闸掣子复位弹簧做了相关改进，新复位弹簧较旧弹簧总体长度缩短4mm，弹簧有效圈数减少约1.5圈，弹簧直径增大，弹力系数明显增大。机构生产厂家发文说明，更换弹性系数较大的弹簧，同时弹簧长度减短，经过计算弹簧输出力保持不变。
更换弹性系数较大的弹簧，首先会加快分闸掣子的复位速度，可保证分闸掣子在合闸保持掣子复位前到达正确位置;其次，复位弹簧弹性系数大则可减少断路器合闸过程中产生的振动对其影响。同时，旧复位弹簧直径较细，更易受到长期压缩而导致疲软，致使弹力系数减小，最终导致随机构运行时间加长而复位弹簧作用力P2减小，并且回弹时间加长。同时，弹簧因直径小，可能在压缩情况下产生并簧（即临近两个簧圈发生错位）影响回弹，严重会产生不可逆的变形，改变弹性系数。机构厂家对复位弹簧做相关改进也正是基于此种的考虑。
本次故障中复位弹簧不可靠为主要原因，分闸掣子磨损为次要原因。以上因素会造成合闸保持力矩M减小，直接影响断路器合闸保持状态的稳定性，由动触头合闸过冲带来的振动有可能造成机构合闸后立即分闸。当合闸保持力矩M减小为负值时，合闸状态则一直无法保持。
五、小结
总之，高压断路器是电力系统中重要的控制和保护器件，其可靠动作关系到系统能否安全、稳定和优质运行。本文针对一起110kV断路器合后即分故障，通过现场检查、故障后试验和操作机构检修，同时结合断路器配用操作机构原理、复位弹簧和掣子的设计、材质、尺寸等，找出了发生故障的主要原因和次要原因，并提出相应的整改及预防措施。以期为今后的相关工作提供参考。
参考文献
[1]陆首群.关于高压断路器可靠性的若干问题[J].高压电器，2015（01）.
[2]陈天祥.高压断路器在电力系统的应用[J].高压电器，2018（06）.
[3]陈特志，李积才.关于供给高压断路器关合操作电源的探讨[J].高压电器，2016（04）.
关键词：断路器;故障;检修
常见的断路器故障有如下几种：①绝缘故障。因绝缘问题而引发高压断路器故障发生的次数是最多的，主要有内、外绝缘对地闪络击穿，相间绝缘闪络击穿，雷电过电压击穿，瓷套管、电容套管污闪、闪络、击穿、爆炸，绝缘拉杆闪络，电流互感器闪络、击穿、爆炸等。②拒动故障。高压断路器的拒动故障包括拒分和拒合故障。其中拒分故障最严重，可能造成越级跳闸从而导致系统故障，扩大事故范围。造成断路器拒动主要有机械原因和电气原因。③误动故障。高压断路器的误动主要是由二次回路故障、液压机构故障和操动机构故障引起。④开断与关合故障。少油和真空断路器出现开断与关合故障较多，主要集中于7.2～12kV电压范围内。⑤载流故障。载流故障主要是由于触头接触不良过热或者引线过热而造成。⑥外力和其他故障。外力和其他故障主要为泄露故障和部件损坏，主要包括：气动部分漏气、液压部分漏油、断路器本体漏油等。
一、故障简介及分析
某220kV变电站110kV线路侧173断路器在进行B修过程中，发现该断路器发生了合后即分现象，手动合闸20次左右即出现7次合后即分现象。在现场检查操作时，拆掉分闸线圈后，手动进行5次合闸操作仍发生1起合后即分现象。因此，可排除断路器控制回路有异常信号而导致的故障可能性，怀疑发生故障的原因在断路器配用机械部分。后又在未对断路器任何调整处理前，对171断路器进行断路器分合闸动作特性测量。并采用高速相机对171断路器合闸过程拍摄发现，断路器B相主拐臂与相间水平连杆未发生碰撞情况，如图1所示。
二、故障检修处理
由于考虑到合后即分故障出现有一定概率性，参考之前同类故障处理方法，现场对171断路器分闸掣子及复位弹簧进行了更换。新旧分闸掣子对比：1）旧掣子有一定磨损，特别是合闸保持掣子脱扣滚轮接触部位;2）旧掣子表面镀锌层因运行年限较长有氧化褪色现象。新旧复位弹簧对比：新复位弹簧较旧弹簧总体长度缩短4mm，弹簧有效圈数减少约1.5圈，弹簧直径增大，弹力系数明显增大。更换分闸掣子和复位弹簧后，进行了15次就地合闸和5次远方合闸操作，未发现合后即分现象。
三、故障原因分析
1、CT30机构动作原理。在合闸弹簧已储能状态下如图2所示，合闸线圈通电吸合撞击合闸掣子解锁，合闸弹簧释放，凸轮顺时针旋转推动内（外）拐臂绕拐臂轴逆时针快速旋转，带动机构输出拉杆进行合闸动作，同时外拐臂压缩分闸弹簧储能，分闸掣子和合闸保持掣子在各自复位弹簧的作用下复位，合闸保持掣子及分闸掣子共同作用锁住内（外）拐臂，此时位置（即合闸位置）如图3所示，合闸过程结束。
2、合后即分原因排查。断路器弹簧操作机构发生合后即分故障主要有三个原因：控制回路信号异常;传动机构外拐臂与相间水平连杆发生碰撞;机构合闸保持状态不稳定。
①控制回路信号异常排查：
在检修过程中发现合后即分现象时，手动操作仍然发生了合后即分，即可排除断路器控制回路有异常跳闸信号而导致合后即分的可能。
②传动机构外拐臂与相间水平连杆碰撞：
在故障断路器未做任何调整下，采用采用高速相机对合闸过程拍摄发现，断路器B相主拐臂与相间水平连杆未发生碰撞情况，即可排除断路器传动机构外拐臂与相间水平连杆发生碰撞而造成合后即分的可能。
③机构合闸保持状态不稳定原因排查：
由于弹簧机构合闸保持原理可知，使机构保持在合闸状态下，是通过设计巧妙的杠杆原理，逐级减小了作用在分闸掣子上的力矩，从而实现了以较小的推力就可以控制大功率弹簧机构的分闸。在这里不得不提到作用在分闸掣子上的一个关键参数：合闸保持力矩M，其值大小由4个因素决定（ ）：来自合闸保持掣子的作用力P1，来自复位弹簧的作用力P2，以及力臂L1和L2。合闸保持力矩M越小则意味着机构的合闸状态保持变得不可靠。
对与合闸保持掣子作用力矩M1，其作用力P1主要来自于分闸弹簧的压紧反弹力，作用力大小在不调整分闸弹簧压缩量情况下不会明显改变;其力臂L1理论上由于圆柱销和复位弹簧的作用不会发生改变，但是由于脱扣滚轮与分闸掣子在每次断路器分合闸过程中都会发生撞击和摩擦，以至于分闸掣子受到磨损而改变了脱扣滚轮与分闸掣子的扣合角度。考虑L1值本身较小，即使扣合点发生接触角度轻微改变，由M1=P1×L1×（cosα）2可知，仍会造成合闸保持掣子作用力矩值减小，同时可知，随磨损加重，合闸保持掣子作用力矩值会急剧减小。新旧分闸掣子对比可发现，旧分闸掣子表面形成了较为明显的圆弧状凹坑。
对与复位弹簧作用力矩M2，其作用力P2主要来自于复位弹簧的压紧反弹力;其力臂L2由分闸掣子零件外形设计确定，理论上不會发生改变。
四、故障结论分析
据了解，机构生产厂家约在2年前对于CT30机构分闸掣子复位弹簧做了相关改进，新复位弹簧较旧弹簧总体长度缩短4mm，弹簧有效圈数减少约1.5圈，弹簧直径增大，弹力系数明显增大。机构生产厂家发文说明，更换弹性系数较大的弹簧，同时弹簧长度减短，经过计算弹簧输出力保持不变。
更换弹性系数较大的弹簧，首先会加快分闸掣子的复位速度，可保证分闸掣子在合闸保持掣子复位前到达正确位置;其次，复位弹簧弹性系数大则可减少断路器合闸过程中产生的振动对其影响。同时，旧复位弹簧直径较细，更易受到长期压缩而导致疲软，致使弹力系数减小，最终导致随机构运行时间加长而复位弹簧作用力P2减小，并且回弹时间加长。同时，弹簧因直径小，可能在压缩情况下产生并簧（即临近两个簧圈发生错位）影响回弹，严重会产生不可逆的变形，改变弹性系数。机构厂家对复位弹簧做相关改进也正是基于此种的考虑。
本次故障中复位弹簧不可靠为主要原因，分闸掣子磨损为次要原因。以上因素会造成合闸保持力矩M减小，直接影响断路器合闸保持状态的稳定性，由动触头合闸过冲带来的振动有可能造成机构合闸后立即分闸。当合闸保持力矩M减小为负值时，合闸状态则一直无法保持。
五、小结
总之，高压断路器是电力系统中重要的控制和保护器件，其可靠动作关系到系统能否安全、稳定和优质运行。本文针对一起110kV断路器合后即分故障，通过现场检查、故障后试验和操作机构检修，同时结合断路器配用操作机构原理、复位弹簧和掣子的设计、材质、尺寸等，找出了发生故障的主要原因和次要原因，并提出相应的整改及预防措施。以期为今后的相关工作提供参考。
参考文献
[1]陆首群.关于高压断路器可靠性的若干问题[J].高压电器，2015（01）.
[2]陈天祥.高压断路器在电力系统的应用[J].高压电器，2018（06）.
[3]陈特志，李积才.关于供给高压断路器关合操作电源的探讨[J].高压电器，2016（04）.