某地铁项目40.5kV充气柜三工位操作机构故障分析

某地铁项目40.5kV充气柜三工位操作机构故障分析

Summary：40.5kV充气柜广泛应用于地铁供电系统中，三工位开关作为充气柜的核心部件，必须达到正确的工作状态。如果在运行过程中出现机构不动作，或机构卡滞，三工位开关触头动作不到位或不动作，将会造成重大的电气运营故障，影响40.5KV及以下电网运行。三工位操作机构不动作，出现卡滞情况。可能由以下几个原因造成：1）三工位控制器损坏，2）电机故障，3）线路故障，4）机构内部传动故障，5）信号传输故障。Keys：40.5kV充气柜；三工位操作机构；故障；卡滞一、三工位操作机构功能介绍40.5kV充气柜采用金属进行封闭，共分为母线室、断路器室、控制小室、机械操作室、电缆室。充气柜内设备众多，主要有开关柜本体、断路器、三工位开关、互感器、保护装置等。H3PS8型一体化三工位隔离开关整体从韩国现代重工进口，采用多片式滑动触头，最大具有2500A载流量，机械寿命高（齿轮/丝杆传动），三工位操作机构通过丝杆带动滑动触头前后动作。三工位开关安装在母线室，所谓三工位是指三个位置：1.隔离开关主断口接通的合闸位置，2.主断口分开的隔离位置，3.接地侧的接地位置。传统的GIS中，隔离开关和接地开关是两个功能单元，使用电气连锁进行控制。40.5kV充气柜使用三工位开关整合了隔离开关和接地开关两者的功能，能够实现机械闭锁，避免了误操作的可能性。二、情况概述某地铁项目使用的40.5kV充气柜，现场调试时发现有部分柜子三工位操作机构不能动作；部分柜子机构在动作过程中出线卡滞。在地铁运营远程控制中，三工开关要能达到正确的工作状态。如果在运行过程中出线电机不动作，或电机卡滞，有概率出现带电接地合断路器的情况，将会造成严重的电气事故。充气柜是地铁供电系统中重要的供电设备，如发生运行故障将导致地铁车站停电、机车牵引系统断电，造成不可估量的影响。收到现场反馈的情况后，作为充气柜生产单位非常重视，组织设计部、质量部、运营支援部、机构厂家人员依据现场反馈的情况进行分析和研究。三工位操作机构不动作，出现卡滞情况。可能由以下几个原因造成：1）三工位控制器损坏，2）电机故障，3）线路故障，4）机构内部传动故障，5）信号传输故障。三、现场检查结合工厂给出的处理方案，现场进行了相关的检查工作。1．线路检查现场结合三工位二次原理图检测后，排除了线路故障和信号传输故障。2．三工位回路的控制器检测现场给故障机构更换合格的控制器后，机构仍然不能动作，排除三工位回路的控制器故障，基本能确定是电机故障导致的。3．电机检测现场拆下能正常动作三工位机构的电机，替换下有故障三工位操作机构的电机，通电后机构能够正常动作，现场动作40个循环无异常。据现场人员反映所有损坏的三工位机构中有3只三工位机构动作到一半时停止，过十几秒后还能运动到位，但是运动到位后电机不可再次动作。现场用万用表串入三工位机构电机回路测量电机电流，测量电流为0.5A左右（功率100W/电压220V），电流值正常，排除异常电流导致电机损坏问题。现场电源为直流屏过来的DC220V电源，交流电源经过电池后转换为DC220V电源，该电源供电稳定，不会出现供电电压波动的情况。配电房还没有送电，现场坏境长期潮湿，经过检测后发现现场相对湿度达到98%，正常运行要求空气项目对湿度不能超过90%，现场潮湿的环境对设备的正常运行造成了严重的影响。现场电机解剖检查，正常的电机电阻为25Ω左右，如果电机发生故障，则电机电阻升高到0.5MΩ以上。现场检查3台电机，这3台电机电阻超出量程，万用表显示为“O.L”，电机内部不通，进一步确认是电机故障。将该电机拆除，经过检查电机内部线圈未发生烧毁现象。用万用表测量电机转子线圈两侧，测量值为27Ω，证明转子线圈未发生损坏。整体电机故障而转子线圈未发生故障，证明故障发生在转子和引出线之间，转子和引出线通过碳刷接触。碳刷后部装有碳刷压簧，碳刷压簧的作用是保证碳刷跟转子紧密接触保证通电。如图所示，右侧碳刷在压簧作用下从紧固件中伸出，证明右侧碳刷灵活。而左侧碳刷在碳刷压簧作用下未伸出，存在卡滞现象。

用手压动碳刷，手松开后碳刷压簧将碳刷推出，有很好的弹性。现场调整碳刷压簧后，原本电阻不良的电机电阻恢复正常值（25Ω左右）。现场取出另外一台电阻高的故障电机，用工具敲击碳刷的位置敲击后再测量电机的回路电阻，回路电阻恢复正常。现场根据初步分析得出的结论对现场电机进行验证，在原本不动的电机上用手敲击电机敲击后的机构恢复正常，现场操作20个循环，运动正常，不会重新出现转动停止现象。四、原因分析电机故障因为：碳刷和碳刷固定槽卡滞，导致后部压簧不能将碳刷向转子侧推进，碳刷磨损后接触面不够，电阻增大，导致电机停止转动。被卡滞碳刷照片如图：

碳刷出现卡滞的原因：1．开关柜在工厂发货前的动作试验，碳刷产生了磨损，碳刷磨损产生的石墨粉填充了碳刷和碳刷卡槽之间的间隙。2．设备在现场存放了很长的时间，没有进行通电，柜内的加热器不能进行除湿。在潮湿条件下经过长期静止，石墨粉发生固化的过程，碳刷和碳刷卡槽粘连，碳刷压簧推不动碳刷碳，导致刷接触不良，电机不能正常工作。配电房通电后现场环境得到改善，外部环境湿度大时设备安装的温湿度控制器会自动启动，改善设备的工作环境，现场湿度不会大于设备正常运行的要求。三工位机构内部磨损的石墨粉不会受潮固话，所以正常通电后电机在运行过程中将不会出现上述故障。五、故障处理方案1.碳刷采用加强型碳刷，原来碳刷型号为T201，更改后碳刷为E28S,附材质报告。

T201型碳刷

E28S型碳刷经过材料比较，修改之后的E28S型碳刷比重、硬度、抗折强度均优于T201型碳刷，电机必须通过10000次寿命试验。2.对电机外壳做防水处理，降低电机受到外部潮气的影响。3.电机逐个检查碳刷弹簧，排查弹力不良的碳刷弹簧。六、结语轨道交通，分担了城市30%以上的交通压力，40.5kV充气柜作为供电系统中重要的设备，稳定的运行是轨道交通系统正常流转的保证。充气柜厂家在项目执行过程中必须充分考虑项目现场环境等的特点，优化设计，为轨道交通提供可靠的产品。Reference：[1]颜聪明.三工位开关电动操作机构研究[J].电气应用,2020,39(11):44-48.[2]张杰,张艳晓,曹善军,李燕燕,喻会永.GIS用三工位隔离开关操作机构研究[J].高压电器.2020,56(08):80-85.[3]张彪.