引言

弹簧操作机构是高压断路器中应用最广泛的操作机构之一，在220kV及以下电压等级中更为常见。与其他类型的操作机构不同，弹簧操作机构有数百个部件，传动机构更复杂，更容易发生故障。弹簧操作机构本身的潜在故障，如机构卡滞、传动部件本身的材料缺陷（裂纹、铸造缺陷）、传动部件连接器松动、机构弹簧金属疲劳引起的力值下降通常是断路器运动异常的主要原因。加强对高压断路器机械系统潜在故障的诊断和研究，提前发现潜在故障，可进一步提高断路器的可靠性，显著提高电力系统的稳定性、安全性和经济性。断路器分离和关闭动作是通过操作机构的动作驱动断路器内部的动态和静态触点动作来实现动态和静态触点的分离和关闭。断路器机构是断路器分离和关闭动作的能量来源。断路器机构安全可靠的动作是断路器正确运行的前提。

1弹簧操作机构的工作原理

手车断路器弹簧操作机构的主要功能是提供开关能量，接受开关指令，执行开关指令，反映断路器开关状态和储能状态。根据弹簧操动机构的工作原理，其机械部分可分为储能部分、合闸部分、分闸部分。弹簧操作机构的工作内容可分为储能、合闸、分闸三个环节。储能环节主要由储能部分完成:储能电机工作时，通过减速装置、单向齿轮、链条和链条盘驱动凸轮传动，转臂驱动合闸弹簧储能。储能完成后，储能保持阻力。同时，合闸凸轮改变储能标志的位置，储能标志传动实现储能微动开关的状态切换。合闸环节主要由合闸部分完成:合闸线圈励磁使顶杆撞击合闸顶板，通过合闸轴驱动合闸脱扣装置打开储能锁，释放合闸弹簧的能量，其中一部分由合闸凸轮和主轴驱动，另一部分由合闸凸轮、主轴和主轴转臂驱动，使分闸弹簧储能。分闸环节主要由分闸部分完成:分闸线圈励磁使顶杆撞击分闸顶板，通过分闸半轴驱动分闸脱扣装置打开分闸锁，释放分闸弹簧的能量，通过主轴转臂和主轴驱动分闸断路器。弹簧操作机构整体性强，无其他辅助设备，弹簧操作机构稳定，不易受到环境的影响。但弹簧操作机构内部结构复杂，对工艺要求高。因此，有必要分析弹簧操作机构的常见故障和维护方法，为提高维护效率提供参考。

2.故障原因分析

分闸操作时，分闸衔铁撞击分闸锁扣，分闸锁扣向下压缩弹簧，释放并关闭保持制动器。根据标记的各部件的应力方向，通过脱扣轴销的旋转，保持制动器与主转臂之间的位移，释放主转臂进行分闸操作。主转臂为双层结构，脱扣轴销两端的轴承部分安装在主转臂的两个安装孔内，保持制动器与脱扣轴销的轴承接触。分闸操作时，脱扣轴销轴承旋转，使合闸保持制动器向右移动，释放主转臂。根据现场检查、仿真分析结果和机构动作原理，判断开关拒绝的原因是开关长时间处于合闸位置(连续18个月)，脱扣轴销在主转臂受力点形成压痕，摩擦力增大导致轴销无法旋转，导致合闸保持制动器无法与主转臂脱扣，开关分闸失败。分闸操作未完成，分闸电路继续通电，分闸线圈烧毁。

弹簧机构断路器拒绝对策

3.1合闸运动过程观测实验

在机械特性实验中，高速摄像头用于拍摄VS1真空断路器弹簧操作机构关键部件在关闭过程中的运动，主要观察凸轮机构的运动过程。通过对实验结果与机构行程曲线的对比分析，了解相关部件如何影响真空断路器的运动特性。实验中拍摄了VS1型真空断路器合闸时凸轮和合闸弹簧的运动情况，共进行了4次拍摄实验。A是合闸前部件的状态，B是合闸过程中的状态，c、d、E反映了机构第一次到达合闸位置后的过冲过程。在合闸过程中，当主轴拐臂推动快门旋转到分离时，分闸快门在扭簧的作用下迅速回到极限位置，从而实现下一个极限主轴拐臂的功能。凸轮与从动滚轮分离后，会继续转动较大的角度，主轴转臂在惯性作用下会继续下降，导致过度冲洗。主轴转臂旋转会与转子碰撞，导致轻微振动，但整个过程中，转子转臂与主轴转臂没有再次分离。此外，在合闸弹簧的作用下，凸轮还会旋转并与从动滚轮碰撞，导致机构振动。这种弹跳持续了3次～4次，但对主轴影响不大。从特征曲线和运动过程的观察结果可以看出，主轴转臂在达到合闸位置后由于惯性继续旋转，导致合闸过冲，在行程曲线上表现为上升末端的峰值。凸轮与从动滚轮在合闸过程中的碰撞对行程曲线无明显影响。

3.2弹簧操作机构的检修方法

维修人员应在熟悉弹簧操作机构特点和工作原理的前提下工作。维护开始前，检查弹簧能量是否释放，机构是否充电，机构部件拆卸前，必须确保弹簧处于无储能状态，否则可能造成设备损坏，甚至人员伤亡。（1）询问运行过程中设备异常情况的表现形式，根据运维人员的描述大致判断故障原因和可能部位，并根据判断结果制定维护方案。(2)观察预判范围内是否有明显异常，如机构锈蚀卡涩、回路断线、机构箱内水滴等。在观察的同时，注意操作机构中是否有异味，如分(合)闸线圈烧毁时会散发出明显的异味。因此，可以判断故障原因，定位故障点。(3)如果判断故障发生在储能部分，则通过手动储能进行进一步判断。在手动储能过程中，仔细观察传动轴与单向齿轮、离合器、储能微动开关、储能保持屏障等部位是否存在缺陷和故障。(4)如果判断故障发生在分(合)闸部分，则应进行手动分(合)闸。操作分(合)闸线圈顶杆时，仔细感受是否有卡涩，观察分(合)闸脱扣装置是否卡得太深，即是否可靠打开。这种方法还可以检查断路器是否有合后即分故障，即合闸保持刹子卡入过浅。（5）机械部分检查无故障后，检查故障部分对应的二次回路部分，使用万用表通过电压或电阻快速定位故障点。

3.3操作机构运行状态诊断实例

高压断路器、负荷开关弹簧操作机构主要有四种典型故障：弹簧弱、弹簧卡、弹簧脱落、齿轮卡。在实际操作过程中，经常出现误判、判断时间过长等实际问题，故障不能及时有效地切除，给电力系统造成经济损失。本文分析了其特征量，并利用遗传算法优化的BP神经网络进行了各种故障识别。

结语

综上所述，开关动作的可靠性和稳定性是影响电力系统安全稳定的重要因素。断路器的正确运行可以断开负载电流和故障电流，实现倒闸操作和故障设备的隔离。研究分析弹簧机构开关故障对保持电力系统安全稳定具有重要意义。要准确掌握其机械状态，为了克服传统维护模式中“坏修复”和“无病修复”的缺点，确保高压断路器和负荷开关的运行状态能够及时准确判断，问题能够迅速发现和解决。