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摘要：目前，我国市场上消费量较多的是真空断路器和SF6断路器。真空断路器以及部分SF6断路器特别是220kV以内电压级别的SF6一般均采用弹簧机构，220kV以上电压级别的SF6断路器基本采用液压机构抑或液压弹簧机构。基于机构的区别，断路器形成了工作模式的差别，但它们的结构没有根本的区别，仅为工作形式有所不同[1]。断路器机械特性故障分为三种，即拒动、误动和其他故障等。分析其故障成因较多，大体可分为两类，一类为断路器机械性能降低、劣化导致的故障，另一类为由于断路器二次回路产生的故障[2,3]。以下分三方面对断路器机械故障进行探究，并对其产生的原因进行剖析。
关键词：断路器；机械故障；及其成因
引言
发电机在正常解列或并网早期机端电流极小，甚至无电流，在此过程中若发生非全相或单相接地故障，通过电流量很难反映或判别故障类型，在故障判别和诊断过程中电压量就起到关键作用，而非全相运行时故障电压会呈现出和单相接地故障类似的特征，很难通过现象定性判别出故障类型，给故障排查带来一定困难。大型发电机为满足电网安全稳定运行要求，出口断路器一般采用三相联动操作机构，常规非全相保护由三相不一致辅助接点和负序电流判据构成，不适用于三相联动断路器，而发电机出口断路器因为机械故障导致非全相事故在国内时有发生。对未设置非全相保护的GCB，从保护一次系统角度考虑，维护人员熟练掌握故障分析方法，迅速根据保护装置报警信号判别出故障类型对及早发现设备异常状态、防止安全生产事故尤为重要。
一、断路器拒动故障及其成因
断路器的拒动故障是设备故障之一，指断路器设备在继电保护及安全自动装置动作或在操作过程中拉合控制开关并发出工作指令时拒绝动作。该故障主要分为两种，即拒分和拒合。通常情况下，断路器的拒合故障出现于检修前后，也可以出现在断路器故障更换其他输电线路供电的情况下，所以该故障仅为局部一台断路器出现问题，并不会因此较多影响其他线路。相较而言，线路中发生的拒分故障能够较大地影响到系统的安全运行，可形成上一级断路器跳闸，这也被叫做“越级跳闸”，出现这种情况会扩大事故停电范围，严重的会形成系统解列，并能够形成大范围停电的重大事故。所以我国的检修单位对于拒分故障的重视程度较高[4]。分析断路器拒动的成因较多，控制回路中线路、元器件以及储能机构等出现问题后，均可形成断路器的拒动，而机械故障会较多引发电气故障。故此，分析发生拒动故障的成因不能仅仅单一分析电气问题或单一分析机械故障，可从以下原因进行剖析：断路器无法响应分合闸指令。是指线路两端均有电压但无电流通过，故障成因主要为端子脱落、航插插针变形或插入不够、线路断线等问题，这些情况的形成主因是控制回路中有断点，回路不能导通，形成推动故障。这类故障可归纳成人为因素和电气性能因素。如端子脱落、航插插针变形、航插插入不够等均可归为人为因素导致的线路断路问题，针对这种情况，要加大人员培训力度、调整作业流程，可以有效避免此类情况发生；如线圈烧毁、端子氧化等均可归为电气性能因素，针对该情况，未出现问题时不易发现，可采用稳态电流变化对断路器实施检测。断路器无法执行分合闸动作。分析断路器拒动的另外成因为机械性能劣化，可形成在合闸指令已经传递到分合闸线圈时，机械部件不能实施分合闸动作。机械性能劣化引起的拒动故障可归纳为两类：一类成因于电磁铁、脱扣板等脱扣有关机构的卡涩；另一类成因是虽然脱扣机构正常执行动作，但却不能将能量传递到动触头上，该类型的问题应归为传动机构故障。如出现绝缘拉杆断裂问题，则断路器不能把储能机构中的能量传递到动触头，所以辅助开关也不能工作。如有传动机构卡涩的问题，则断路器的触头启动时间将变慢，大多数情况下断路器动触头动作后辅助触点开始工作，由此在传动机构引发了辅助开关切换的时间一并变慢。
二、保护装置动作分析
（一）主变低压侧零序电压报警分析
分析故障录波波形可知，22：27：28，主变低压侧零序电压3U0达到10V，并持续增大，此时零序电压3U0大于低压侧零序电压报警定值10V，满足主变低压侧零序电压报警条件，延时4.5s后，报“主变低压侧零序电压报警”；22：29：37，拉开隔离刀闸导致系统参数发生变化引发主变低压侧谐振，零序电压3U0大于报警定值，“主变低压侧零序电压报警”持续报出，直至22：38：57，投入消谐装置消除谐振后，主变低压侧零序电压3U0降低至报警定值以下，“主变低压侧零序电压报警”信号才复归，以上时刻与变压器保护装置报警动作时刻基本相符。
（二）主变低压侧TV断线报警分析
分析故障录波波形可知，22：29：37，拉开隔离刀闸后，系统参数发生变化引发主变低压侧谐振，主变低压侧负序电压值U2达到2.668V，负序电压3U2大于8V，满足TV断线判据，延时10s后，报“主变低压侧TV断线”；22：38：57，投入消谐装置消除谐振后，主变低压侧负序电压U2降至2.667V以下，负序电压3U2小于8V，延时10s后，“主变低压侧TV断线”信号复归，以上时刻与变压器保护装置报警动作时刻基本相符。
（三）发电机保护动作情况分析
查看发电机保护装置动作报文，22：27：34，发电机A套保护装置报“注入式接地灵敏信号”，发电机在对电压进行定量分析计算时，若系统对地绝缘电压很高，可忽略系统对地电导，仅考虑系统对地电容[1]。设局部不接地系统故障时三相对地电容分别为CA、CB、CC，故障相对地电阻为R，主变低压侧B套保护装置无报警信号。查看保护装置定值单，发电机定子绕组高定值：报警定值5kΩ，延时定值5s；发电机定子绕组低定值：跳闸定值1kΩ，延时定值0.5s。查看发电机A套保护装置定子接地保护装置报文显示，定子接地电阻为2.04kΩ，低于定子绕组高定值，高于定子绕组低定值，发电机A套保护装置报警动作正确。22：28：58，制动开关投入后闭锁定子接地保护，发电机A套保护注入式定子接地报警信号复归。
（四）事故原因分析
该电厂发电机机端额定电压为20kV，中性点经接地变接地，发电机出口经封闭母线与GCB连接，变压器与无穷大系统连接，发电机与变压器低压侧之间组成了局部不接地系统。主变低压侧零序电压一般由接地、断相或谐振引起，根据事件过程及故障录波记录，发电机中性点接地变零序电流互感器（ZCT1）在报警期间有零序电流约为0.36A，由此可判断发电机定子绕组至GCB段未发生接地故障（若此段发生接地故障，中性点接地变零序回路无法形成）。
结束语
从以上分析，断路器拒动、误动和其他故障会造成断路器机械故障。本文深入剖析了导致断路器机械故障的成因，并可为断路器故障检测提供借鉴。
参考文献
[1]韩宇,董波.一种基于线圈电流的高压断路器机械故障诊断方法[J].高压电器,2019,55(09):241-246.
[2]李永刚,丁其,赵书涛.基于变分模态分解的断路器机械故障诊断[J].电测与仪表,2019,56(20):82-86+107.
[3]马宏忠,徐艳,魏海增,刘勇业.基于LVQ神经网络的高压断路器机械故障诊断方法[J].高压电器,2019,55(08):30-36.
[4]李宾宾,柯艳国,田宇,程登峰,罗沙,朱胜龙.基于小波包理论的高压断路器机械状态检测[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2019,42(07):924-929.
[5]高崇,李刚.探究高压断路器机械故障诊断技术[J].设备监理,2019(06):38-39.