摘要：高压断路器在电网中起到控制、保护作用，是电力系统中负责关合和开断负荷电流、故障电流的最关键、也是唯一的开断元件。弹簧操作机构是高压断路器中分合闸动作的动力来源，且在断路器机械系统中占有绝对大的比重，是影响断路器整体可靠性的关键。弹簧操作机构频繁操作将导致分合闸弹簧产生不同程度的金属疲劳甚至发生断裂的可能，若不能及时发现故障并判断当前故障程度，可能引起重大安全事故，因此，深入探究断路器弹簧操动机构故障发生及故障程度很有实际应用价值。

关键词：断路器；弹簧操动机构；检修

引言

断路器是电力系统中极为重要的电气装置。保护开关运动的可靠性和稳定性直接决定了电力系统的安全运行，而分离开关的运行则由驱动控制。为此，电机的设计、机构的制造质量和运行可靠性也是保护开关可靠安全运行的重要因素。断路器驱动分为液压、弹簧弹簧和液压弹簧电机。弹簧插头的机理广泛应用，因为没有漏油，环境温度也不会受到很大影响。以下是带有弹簧电机的126kV断路器的示例，其中简要介绍了与弹簧电机相关的常见问题和修理。

1液压碟簧操动机构工作过程简介

液压机组的运行模块主要由工作缸和活塞杆组成，它们具有具有规律性膨胀的差分结构，作用于活塞切线的顶部。活塞运动主要通过改变活塞切线的上下降水量来实现。（1）液压机活塞顶是活塞底为降水水的挤压空气，当电机接通时，开关阀切换至闭合位置，活塞底连接至高压，活塞杆快速向上运动，打开辅助开关，关闭离合器盘，准备闸。（2）关闭装置上制动开关阀接通后，开关阀切换至分离部位，高压油活塞底通过排气阀引导至低压油箱，活塞杆借助分离制动电路的辅助开关快速向下移动，并为下一个离合器做好准备。

2故障原因分析

（1）弹簧机构没有机械功率限制，在手动存放时容易导致轴承能量。（2）保存发动机能量的手动过压接触。存放时不得关闭接触。3）直接在发动机两端添加供电装置，因为机构对轴承容量没有机械限制。4）控制回路（接触器）出现故障，避免电源正常中断，或在存储过程中将发动机存储触点连接到主端口。如果主电路断开后主插头无法断开，则机构可能储存过大，操作可能会严重损坏。（5）储能容量限制器失灵，使机构充满电后，限能开关连接点不能转换，不能切断储能电源导致储能。存储能量后，螺旋弹簧容易受到超出设计公差的力的直接损坏或断裂。根据现场检查，确认了储能电机电气控制电路元件，如连杆、转向臂、手柄和接触器、位置限制器等。它们在机构中是正常的，因此可以排除由于能量过度积累而造成螺旋弹簧断裂的可能性。根据金属性能检测结果，可以看出断裂螺旋弹簧的化学成分和脱层深度符合标准要求，磁粉检测和穿透检测除断裂部分外没有发现裂纹，螺旋弹簧的硬度略高于设计要求值（抗拉强度高也表明强度较高），但分析认为，稍微高于1.5%的硬度不足以导致螺旋弹簧断裂。扫描透镜分析表明，裂纹扩展区域（即大部分横截面）是弹性截面，但裂纹原点区域是沿晶体的软截面，这意味着裂纹原点不是仅由应力引起的（如果仅由应力引起，则裂纹原点部分必须 并且裂纹起源的横截面应为热处理引起的初始裂纹（热处理裂纹的典型特征是沿晶体断裂，晶体间的裂纹削弱了该裂纹，总之，螺旋弹簧断裂的原因被认为是螺旋弹簧断裂点的原始裂纹由于螺旋弹簧具有较大的内部应力，因此在工作过程中，裂纹会从来源延伸，并最终导致螺旋弹簧断裂。

3断路器弹簧操动机构故障检修

3.1合分故障检修。首先检查分离闩锁复位弹簧的状态，并修复组合复位弹簧中的任何错误。然后确定机构速度是否太快，机构速度越快，弹簧插头稳定性越低，因此机构速度仅在特殊情况下过高。还可以通过增加变速器托架复位弹簧的力和制动锁复位弹簧（即增加复位弹簧下面的平垫圈）来减少耦合频率。如果上述方法不起作用，建议锁闩复位弹簧采用复合弹簧结构，试验表明该措施在解决分裂故障时是明显的。

3.2缓冲压力测试仪主要性能及实现方法。该测试仪添加了基于普通高压开关特性测试仪的缓冲压力测试功能。1）数据采集系统采集所有参数，数据采集系统通过RS232与上级设备通信。2）控制直流电源设备提供0 ～ 280v的直流电源，用于对高压断路器进行直接操作。⑶闭合传感器和分离传感器用于在机构运行期间测试工作区内的高油液水力值。使用高频压力传感器分别安装在工作缸的指定位置。传感器选择：MYD-8553 B/C，200MPa范围，2ms上传时间，非线性0.8% fs。4）触头位移传感器（使用现有设计，没有详细说明）用于测试机构活塞杆的运动行程。⑸工业控制一体化计算机负责发出控制令和接收、处理、显示和管理数据；软件开发平台采用美国公司专用虚拟仪器软件环境NI ： LabWindowsCVI。

3.3合闸不到位处理。首先，如果出现此错误，必须立即断开连接的其他交换机的连接，以便从系统中卸下断路器。然后关闭断路器的所有操作和电机电流供应，打开弹簧栓锁，并强制释放弹簧栓。最后，手动分割制动器以释放制动弹簧的能量。刹车不到位的修理方法风险很大，专业人员不得自行修理。

3.4弹簧疲劳故障程度诊断。将采集到的多种工况样本按照5：1的比例进行训练集和测试集的划分，根据训练样本和对应的工况类别，训练出一个优质划分模型，即模型训练过程，再以测试样本作为输入，计算该诊断模型的诊断准确度，即为模型测试过程。常用模型方法有支持向量机、决策树、K近邻法、朴素贝叶斯模型等，这些诊断算法已在多个领域的故障诊断中获得了广泛应用。支持向量机模型有坚实的理论基础，最终决策函数只由少数的支持向量所确定，而不是样本空间的维数，这在某种意义上避免了“维数灾难”，但其对于大规模训练样本难以实施，难以解决多分类问题；决策树模型便于理解，计算量较小，可清晰地显示各特征的重要性，但是当类别太多时，错误率会大幅度增加；K近邻模型模式简单、高效，体现了“物以类聚”思想，但其诊断准确度过度依赖于K值得选择；朴素贝叶斯模型所需估计的参数较少，算法较简单，但服从概率分布的规律对分类结果的影响较大且需要知道先验概率。在实际诊断应用中，诊断速度是断路器在发生故障时及时切断电流，避免发生安全事故的重要指标，而准确判断故障类型是消除安全隐患，及时恢复线路正常运行的前提。因此，对比这四种诊断模型的诊断准确度和诊断速度，选择综合最佳的模型作为最终的诊断实例应用模型。其中诊断准确度由诊断正确的样本数占测设样本总数的比例确定，诊断速度由训练时长与诊断时长二者之和确定。综合时长的角度考虑，K近邻的综合用时最短，即诊断速度最快；从诊断准确度的角度考虑，K近邻法准确度最高。因此，相较于支持向量机、决策树和朴素贝叶斯模型，K近邻模型在诊断准确度和速度上更为占优。因此，最终选用K近邻模型对未知工况进行故障类别及程度诊断，模拟实际应用的诊断场景。

结束语

弹簧操动机构作为断路器的核心配件，直接决定着电力系统的安全运行。掌握操动机构基本的检修操作和日常维护，有助于预防和解决电力系统事故的发生。结合自身长期对断路器弹簧操动机构装配及检修经验，针对断路器弹簧操动出现的常见问题进行了原因分析，总结出切实有效的常见问题检修方法及弹簧操动机构日常维护要点。对高压断路器弹簧操动机构维护与检修具有重要的指导意义，同时也为高压断路器弹簧操动机构设计与改进提供了经验基础。

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项目名称：基于模块化教学的主断路器检修平台设计项目编号：YSKY2019-05