220kV某变220kV母联开关A相分闸异常分析报告
一、事件概况
4月3日，在220kV某变220kV副母停役过程中，遥控分220kV母联开关，A相无法正常分闸，B相、C相正常分闸。三相不一致动作后，A相仍无法正常分闸。
现场检修人员检查发现分闸锁栓已脱扣，手动撬动开关合闸保持机构的合闸保持掣子后，A相分闸。
二、异常设备信息
1、设备信息
220kV母联开关为河南平高电气股份有限公司生产，型号ZF11B-252(L)，开关编号2013.218，机构型号为CT27弹簧操动机构，出厂时间为2014年4月，投运时间为2014年7月。2019年5月，220kV母联开关因B相拒分更换操动机构。
2、检修信息
2015年9月16日，220kV某变发生220kV母联开关B相、220kV柳致2U98开关B相拒分情况，柳致2U98开关B相两个分闸线圈均已烧坏。9月17-18日，厂家技术人员更换烧损的分闸线圈，对发生拒分现象的220kV母联开关、柳致2U98开关，现场厂家分析为电磁铁空程间隙调整不到位引起，为此在厂家技术人员指导下，安排了对某变所间隔机构的分、合闸空程、冲程、行程的调整，并进行低电压动作试验、机械特性试验、断路器本体回路电阻试验，调试数据满足要求后，设备投入运行。
2017年4月在某变综合检修中，按省公司《关于公司及220千伏GIS断路器缺陷分析会议纪要》，该型号开关存在的机构传动连杆轴销容易脱落从而引发断路器拒动及分合闸线圈烧毁的隐患做好现场整改工作要求，在厂家技术人员指导下更换了分闸线圈支架上固定螺丝和分合闸拐臂轴销上固定螺丝，并经试验结果合格。
2019年5月，因220kV母联开关在停役过程中再次发生B相拒分现象，为此对某变整站220kV断路器机构进行更换，并测得机械特性数据，各机械间隙数据、回路电阻数据合格，分、合闸低电压动作测试合格，投运正常。220kV母联开关间隔更换机构后各项检测数据见表1、表2、表3。
表1 更换机构后断路器回路电阻测试结果（2019.5）
校验项目 | A相测量值 | B相测量值 | C相测量值 |
断路器+两侧接地闸刀 | 255.3微欧 | 235.8微欧 | 236.0微欧 |
表2机械特性试验结果（2019.5）
校验项目 | 技术要求 | A相测量值 | B相测量值 | C相测量值 |
合闸时间 | 95±15 ms | 85.8 | 88.3 | 87 |
合闸速度 | 3.6±0.6m/s | 3.50 | 3.73 | 3.89 |
合闸同期 | ≤5 ms | 2.5 | ||
主分闸时间 | 27±4 ms | 27.3 | 27.5 | 27.3 |
主分闸速度 | 8±0.5 m/s | 7.52 | 7.58 | 7.66 |
分闸同期 | ≤2 ms | 0.3 | ||
表3 机械间隙测量尺寸（2019.5）
校验项目 | 管理值 | A相测量值 | B相测量值 | C相测量值 |
合闸电磁铁行程 | 5±0.2 mm | 5.2 | 5.2 | 5.2 |
合闸电磁铁空程 | 2.5±0.5 mm | 2.0 | 2.1 | 2.0 |
分闸电磁铁行程 | 2.8-3.5 mm | 主:3.3 副:3.4 | 主:3.3 副:3.4 | 主:3.2 副:3.2 |
分闸电磁铁空程 | 0.5-1.0 mm | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
拐臂与凸轮间隙 | 1.5±0.2 mm | 1.3 | 1.5 | 1.5 |
三、异常检查与试验
（一）一次设备外观检查
4月3日，220千伏某变220kV母联开关A相拒分异常情况发生后，检修人员会同厂家技术人员对220kV母联开关开展了初步检查，现场220kV母联开关机械指示A相为合位状态，B相、C相为分闸状态，三相均为已储能状态，如图1所示。
图1：220kV母联开关机械状态
经检查发现，一次设备外观未见明显异常。对A相机构机械间隙数据进行测量，发现机构内分闸电磁铁铁芯与分闸锁栓间隙异常，现场测量为2.2mm，撬动分闸锁栓，开关无法分闸，初步判定实际分闸锁栓已脱扣，如图2所示。
图2：分闸电磁铁铁芯与分闸锁栓间隙
（二）异常后试验情况
异常发生后，检修人员与厂家人员通过手动撬动合闸保持掣子使其脱扣，将A相机构分闸。随后，对220kV母联开关进行机械间隙测量及机械特性试。
表4 机械间隙测量尺寸（2021.4.3）
校验项目 | 管理值 | A相测量值 | B相测量值 | C相测量值 |
合闸电磁铁行程 | 5±0.2 mm | 5.2 | 5.2 | 5.0 |
合闸电磁铁空程 | 2.5±0.5 mm | 2.1 | 2.3 | 2.1 |
分闸电磁铁行程 | 2.8-3.5 mm | 主:3.2 副:3.2 | 主:3.2 副:3.2 | 主:3.1 副:3.2 |
分闸电磁铁空程 | 0.5-1.0 mm | 0.7 | 1.0 | 0.5 |
拐臂与凸轮间隙 | 1.5±0.2 mm | 0.6 | 1.5 | 1.5 |
表5机械特性试验结果（2021.4.3）
校验项目 | 技术要求 | A相测量值 | B相测量值 | C相测量值 |
合闸时间 | 95±15 ms | 82.6 | 79.2 | 83.2 |
合闸速度 | 3.6±0.6m/s | 4.07 | 4.04 | 3.97 |
合闸同期 | ≤5 ms | / | ||
主分闸时间 | 27±4 ms | 27.3 | 27.9 | 27.7 |
主分闸速度 | 8±0.5 m/s | 7.64 | 7.71 | 7.55 |
分闸同期 | ≤2 ms | / | ||
1、A相凸轮间隙仅为0.6mm，不满足1.5±0.2 mm的管理值要求；
2、B相合闸时间为79.2ms，不满足95±15 ms的技术要求；
3、合闸速度虽均在合格范围内，但与19年5月数据对比，均有所增大，尤其A相增幅达到0.57（B相0.31、C相0.08），该现象与20年12月柳致2U98开关发生合后即分异常时极为相似。
四、初步原因分析
现场检查分闸锁栓已脱扣，但合闸保持掣子仍将轴销勾住，导致A相机构保持在合位。通过分析弹簧机构结构示意图（如图3），并结合现场检查情况，初步分析原因如下：
图3：弹簧机构结构示意图
（1）由于220kV母联开关长期未动作，导致合闸保持掣子与轴销间灰尘油泥积累较多，产生一定的黏连，且合闸保持掣子内曲面光滑度较差，增加机构部件间的阻力，使得合闸保持掣子无法正确向右转动。
（2）合闸保持掣子的转轴内阻力较大，经现场拆解，母联开关合闸保持掣子挂住轴销轴承仍为不带护套的滚针轴承，而19年5月该母联开关发生B相拒分时，返厂分析原因为不带护套的滚针轴承引起轴销摩擦力增大，导致合闸保持掣子异常受力，在分闸锁栓脱扣后达到自平衡而不动作，需对机构解体见证。
五、暴露问题
220kV母联开关操作机构因拒分隐患更换仅两年时间，投运时各项试验数据、间隙数据均在合格范围内，而在投运后未动作情况下，再次测量数据对比投运时数据有较大变化。该类型弹簧操作机构已发生多次拒合拒分情况，充分说明弹簧机构设计不成熟，而且厂家内部安装质量管控、工艺要求是否达标都难以追溯，交接验收难以发现，给设备状态评价带来很大困难。
六、后续工作建议
1、由省公司GIS设备技术中心牵头，组织专家团队赴河南平高电气股份有限公司对机构进行解体分析，找出机构无法分闸确切原因。
2、按计划对某变弹簧机构进行更换。
3、平高厂家需提供GIS弹簧机构停电检查检修方案，务必结合停电对机构做全面详细检查，防止出现“头痛医头、脚痛医脚”现象。
4、GIS弹簧机构拒分、拒合现象频发，建议省公司设备部组织约谈各大GIS厂家，共同商讨解决隐患难题。
5、GIS弹簧机构设计仍不成熟，应做到把控源头，新扩建变电站建议选用液压机构（弹簧液压机构）。