针对ABB公司生产的断路器在弹簧储能过程中出现的空开跳闸故障，研究人员通过对断路器“涡卷”式弹簧操动机构的解体检查，深入剖析了导致故障的机械性原因，并提出了相应的改进方案。
断路器的弹簧储能系统通常采用拉簧或卷簧作为核心部件。卷簧因其结构紧凑、性能稳定、操作能耗低等优势被广泛应用。ABB公司的LTB245E1型断路器选用了BLK222型“涡卷”式弹簧操动机构，该机构的主要优势在于成套性强、组件数量少、动作响应迅速。然而，其工艺要求较高，结构设计较为复杂。
2011年末，一台220 kV LTB245E1型断路器在恢复送电过程中出现了弹簧未储能的异常情况。在排查过程中，技术人员发现产品存在装配工艺方面的质量缺陷，并在厂家技术专家的指导下及时完成了修复工作。
同年，220kV榕揭乙线因保护装置定检而停电，定检期间保护装置频繁触发开关操作。定检结束后恢复送电时，运行人员观察到后台系统同时亮起了“弹簧储能空开跳闸”和“弹簧未储能”两个指示灯，且指示灯状态无法恢复正常。
运行人员立即停止所有操作并赶赴现场检查，发现C相弹簧的机械指示未能达到储能的最终位置。打开机构箱后，发现储能电机的空气开关已经跳闸。初步判断可能是电机短路导致的空开跳闸，但使用万用表测量电机相间电阻时未发现异常。重新合上空开后，观察到电机持续运转但声音沉闷，储能指示始终无法达到“储能满”状态。
数十秒后，储能空开因过载再次跳闸。由于现场无法排除故障，运行人员立即向上级调度汇报，将开关转为检修状态。继保和检修人员到达现场后，初步怀疑是储能位置继电器故障导致电机无法自动断电，造成电机卡滞。通过分析电机储能回路，确认电机控制由储能位置辅助触点直接实现，与开关的分合闸状态无关，即BLK222型机构在分合闸位置均可正常储能。
BLK222型操作机构采用“涡卷”式合闸弹簧直接驱动断路器连杆，无需中间凸轮或连杆。卷簧由交流电机储能，所有动力元件均安装在一根由箱体支撑的主轴上。分闸缓冲器用于缓冲触头系统在行程末期的运动，分闸和合闸掣子具有速动和防震双重功能[1]。其结构示意图参见图1。
在厂家技术人员的协助下，检修人员对C相开关机构箱进行了解体检查，发现储能位置辅助触点继电器功能正常，但储能限位挡板未能到位。进一步解体后，发现合闸弹簧之间的白色衬垫已发生严重变形。
在该“涡卷”式弹簧操动机构中，断路器在合闸过程中首先完成对分闸弹簧的储能。涡卷弹簧安装在弹簧盒内，其内外端分别通过钩环与主轴和弹簧盒连接，弹簧盒外圆设有齿轮。
储能时主轴保持静止，电机驱动弹簧盒旋转，使涡卷弹簧储能。储能到位后，合闸掣子自动闭锁，弹簧储能继电器限位开关动作，切断储能回路。当合闸线圈接收到合闸指令后，合闸掣子脱扣，合闸弹簧释放能量，通过合闸驱动轴带动驱动拐臂，再经驱动拐臂牵引偏心拐臂传递给断路器的拉杆和分闸弹簧，实现断路器合闸。此后电机将对合闸弹簧重新储能。
牵引偏心拐臂由分闸掣子闭锁，合闸驱动拐臂由合闸掣子闭锁，确保断路器保持在合闸位置。本次定检过程中，由于保护人员多次传动断路器，导致合闸弹簧层间的白色衬垫发生位移。短时间内多次传动后，最内圈卷簧持续收紧，留给衬垫的空间逐渐减小，最终衬垫受到卷簧的挤压而变形，使卷簧无法正常储能到位。
该衬垫的主要作用是在弹簧外侧均衡各部分受力。衬垫的固定依赖于装配时卷簧首端的夹紧件，夹紧件的功能是调整卷簧与衬垫之间的间隙和受力大小。
当夹紧件过紧时，卷簧与衬垫之间的空间太小，衬垫受到的摩擦力显著增大，尤其是最内圈衬垫受力最大，容易发生变形；当夹紧件过松时，衬垫在释能过程中容易发生位移，若向内圈移动则会产生与过紧时类似的效果。因此，夹紧件的压紧量必须严格控制在规定范围内，才能确保卷簧的正常工作。
此次故障的根本原因是C相机构夹紧件过松，导致衬垫在运行初期就开始位移。在初期阶段，卷簧的变形量尚能保证正常储能；但随着定检传动次数的增加，白色衬垫逐渐受到挤压，限制了弹簧行程，导致储能行程挡板无法到位，最终造成无法切断储能回路，进而引发电机卡滞和过负荷跳闸。
由于线路运行方式限制无法长时间停电，调整夹紧件需要专用工具。厂家人员决定暂时采取应急措施，即切割掉已变形的白色衬垫，使卷簧能够正常储能到位。待新的机构箱运抵后，再进行更换维修。同时将对该批次断路器进行全面检查，消除隐患。图2展示了衬垫切割前后的对比情况。
通过机构解体和动作原理分析，可以确定此次机构故障的根本原因是夹紧件装配工艺问题导致合闸弹簧层间白色衬垫位移。厂家在事后确认函中明确指出，此次故障是由于装配工艺不当造成的，卷簧本身没有质量问题。
值得注意的是，类似故障在2010年也曾发生过，当时白色衬垫的位移和变形程度较轻，厂家人员仅通过重新调整衬垫位置就解决了问题，由于问题不严重当时未引起足够重视。
对于该批次的断路器，怀疑可能存在普遍性问题，但由于无法逐一解体检查，暂时无法确认。这些断路器由北京ABB高压开关厂于2008年2月生产，共14组42相，编号为136000596701-136000596714。在恶劣的雷雨天气下，若断路器发生多次单相重合，可能引发拒合故障，对电网安全稳定运行构成威胁。
BLK弹簧机构采用瑞士生产的卷簧，具有成套性强、维护量小、运行可靠性高等优点。储能回路故障多见于电气问题，如电机短路、行程开关失灵或受潮短路等；机械故障则多因卷簧质量不佳导致断裂，而此次故障是由卷簧的辅料问题引起，较为罕见。
事实表明，当BLK机构发生较严重的衬垫位移时，合闸成功率无法达到100%。弹簧机构的多种优良特性使其市场占有率近年来持续提升。尽管弹簧机构维护工作量小，但检修人员仍需高度重视其维护工作，一旦出现故障，极易引发开关拒动，扩大事故范围。
针对本文所述故障，日常巡视难以发现，其最直观的表现是储能机械指示不到位，因为指示与储能卷簧直接关联，与正常储能状态相比存在微小偏差。但由于偏差行程很小，难以判断。因此建议在断路器预试定检后检查储能指示，最好工作前后拍照对比。若发生电机卡转且未发现其他问题时，应解体检查弹簧状态。
在定期检修维护中，弹簧机构的检查主要限于目视检查和定期润滑，且继保定检时不宜频繁传动，以减少对断路器的机械冲击，确保弹簧机构的运行可靠性。
本文来源于《电气技术》，标题为“一起断路器弹簧储能故障分析与处理”，作者为刘滨涛、肖建华 等。