SF6斷路器打壓異常原因分析及控制回路改進

李乃永 莊振福

濟南供電公司 山東 濟南 250012

0 引言

高壓斷路器的液壓機構具有體積小、操作能力大、操作穩(wěn)定、動作速度快、機械噪聲小、本身需要的控制能量小等優(yōu)點，因此在高壓斷路器的操作機構獲得較為廣泛的應用。目前，國內很多變電站的高壓斷路器大多采用液壓操作機構，如平頂山開關廠生產的LW6系列、沈陽開關廠生產的LW18-35斷路器等。隨著運行時間增長，近期出現(xiàn)了多起液壓機構斷路器因空氣延時頭故障導致機構打壓異常。在液壓機構電機打壓控制回路中，延時繼電器的主要作用是：在打壓過程中，如果打壓結束而壓力微動開關無法自動斷開或是其他機械故障，導致電機不能自動停止打壓時，延時繼電器經過預先設定的延時切斷電機運轉回路，停止電機運轉。防止電機超時運轉而使液壓機構管內壓力過高發(fā)生爆管、元件損壞、電機燒毀等故障發(fā)生，保證設備的安全［1-2］。

為此，本文從電機控制回路、空氣延時頭的動作原理進行分析，查找出因空氣延時頭故障導致機構打壓異常的真正原因，并對控制回路提出改進措施，保證設備安全穩(wěn)定運行。

1 液壓機構電機控制回路分析

1.1 控制回路

各種型號斷路器液壓機構的電機控制回路不盡完全相同，但原理基本一致，本文以LW6系列斷路器液壓機構的電機控制回路（如圖1所示）為例進行分析［3］。

KP1為電機啟動停止壓力微動開關,當液壓機構壓力下降至電機啟動壓力值時，觸點閉合，交流接觸器KM線圈得電，其觸點閉合，啟動電機運轉打壓，當液壓機構壓力恢復至額定壓力值時，壓力微動開關觸點打開，接觸器線圈失電，其觸點打開切斷電機運轉回路，電機停止運轉打壓過程結束。KL為電機啟動閉鎖繼電器，用于防止斷路器在運行過程中液壓機構突然失壓時電機運轉重新打壓造成斷路器慢分事故［4-5］。

1.2 空氣延時頭動作原理

圖1中KT為接觸器背掛式氣囊延時繼電器（俗稱空氣延時頭），其動作原理為：當接觸器KM線圈通電時，接觸器銜鐵被鐵心吸引時帶動空氣延時頭的機構同時運動，但是活塞桿不能同時跟著接觸器的銜鐵一起運動，因為活塞桿的上端連著氣室中的橡皮膜，當活塞桿在釋放彈簧的作用下開始向下運動時，橡皮膜隨之向下凹，上面空氣室的空氣變得稀薄而使活塞桿受到阻尼作用而緩慢下降。經過一定時間，活塞桿下降到一定位置，便通過杠桿推動延時觸點動作，使動斷觸點（如圖1中55、56觸點）斷開，動合觸點閉合。從線圈通電到延時觸點完成動作，這段時間就是空氣延時頭的延時時間。延時時間的長短可以靠圓形鈕頭旋轉改變里面的粉末冶金薄片的進氣量來調節(jié)。

圖1 液壓機構電機控制回路圖

接觸器線圈斷電后，空氣延時頭依靠恢復彈簧的作用而復原，空氣經出氣孔被迅速排出。

1.3 空氣延時頭的作用及運行現(xiàn)狀

空氣延時頭在電機控制回路中起著極其重要的作用，一旦電機打壓超時，其觸點準確可靠動作，停止電機運轉，可有效防止機構壓力過高、電機燒毀等各種事故的發(fā)生。如果空氣延時頭失去作用后，主要有以下三方面危害：

1）通電延時常閉觸點（如圖1中55、56觸點）接觸不良：當液壓機構壓力下降至電機啟動壓力值時，壓力微動開關KP1觸點閉合，但由于延時繼電器的常閉觸點不通從而導致接觸KM無法正確動作以及時啟動電機運轉進行機構建壓或補壓，這樣斷路器就沒有足夠的能量進行合閘、分閘、故障跳閘、重合閘等一系列正常動作，無法保證電網的安全穩(wěn)定運行。

2）通電延時常閉觸點到預先設定的延時時間后不能正常斷開；液壓機構油泵打壓過程中，如果由于壓力微動開關觸點不能可靠斷開、機構機械故障、管路滲漏時，會導致電機超時運轉而燒毀、管路壓力過高損壞機構部件甚至發(fā)生爆缸、爆管等嚴重后果。

3）通電延時常開觸點動作不可靠，會導致誤發(fā)或無法上傳“電機打壓超時信號”，因目前絕大多數(shù)變電站都為無人值守變電站，站內設備各種信號準確、及時地上傳是保證調度員對電網設備運行狀態(tài)做出準確判斷的必要條件。

但目前使用的氣囊延時繼電器，從目前運行實際情況來看，實現(xiàn)其延時功能的關鍵部件—氣囊由于天氣環(huán)境溫度的變化極易老化發(fā)生變硬破裂等問題，一旦氣囊破裂或漏氣，則無法實現(xiàn)延時來切斷電機控制回路以保證電氣設備安全的保護功能。從現(xiàn)場實際運行情況來說，該型號的氣囊延時繼電器的平均使用壽命為兩年左右，個別批次的產品甚至不到一年。目前已發(fā)生多起因延時繼電器氣囊老化而導致液壓機構不能正常打壓或是打壓超時等故障。但目前該類型的延時繼電器使用量較大，由于受備件、人力等各方面的影響，往往不能及時更換，當延時繼電器的通電延時常閉觸點接觸不良時，為了臨時保證液壓機構的打壓，通常采取將延時繼電器的通電延時常閉觸點短接，實際上就是去掉了延時繼電器對機構的后備保護作用，此時如果液壓機構壓力微動開關不能發(fā)生正確切換停止油泵；為了防止誤發(fā)“打壓超時”信號，通常將延時繼電器的通電延時常開觸點的二次線解除，這樣處理后調度員就無法正確監(jiān)視設備的運行狀態(tài)。簡而言之，如果不能及時更換故障延時繼電器就會引發(fā)上述的種種嚴重后果，嚴重影響設備的安全穩(wěn)定運行。

2 解決方法及改進措施

如上所述，針對因延時繼電器損壞引起的液壓機構打壓異常的故障有如下兩種解決辦法：

1）更換所有運行年限超過兩年的背囊式延時繼電器，此方法簡單、有效，缺點是更換后的繼電器隨著運行時間的增長會不可避免再次出現(xiàn)空氣氣囊老化破裂類似故障，不能從根本上消除缺陷。

2）改進目前的電機控制回路。具體改進措施如下：

①將背掛式空氣延時頭更換為勵磁式延時繼電器，并將電機啟動回路做相應改進。

②電機運轉回路增加熱敏開關，同時將熱敏開關觸點接入電機啟動回路，電機運轉過程中一旦過熱，觸點立即斷開切斷電機運轉，防止電機繞組及部件過熱燒損。改進后的回路如圖2所示。

圖2 改進后的液壓機構電機控制回路圖

改進后的液壓機構電機控制過程如下：當機構壓力下降到電機啟動值時，壓力微動開關KP1接點閉合，交流接觸器KM線圈得電，其觸點閉合，勵磁延時繼電器KT線圈同時得電，由于其接點為通電延時常閉接點（在預先設定的延時時間內，該接點一直閉合），電機開始運轉打壓，如機構一切正常，等機構壓力恢復至電機停止值時，KP1接點斷開，接觸器失電，電機停止運轉，打壓過程結束；如遇機構泄漏、機械故障等異常情況，如打壓時間過長，則KT經過預先設定的延時后其觸點斷開切斷電機啟動回路，停止電機運轉，同時其通電延時常開接點閉合上傳“電機打壓超時”信號；如果電機過熱，則熱敏開關動作其觸點斷開切斷電機啟動回路，停止電機運轉。

將電機控制回路改進后，一方面由于勵磁式延時繼電器基本不受天氣冷熱變化及環(huán)境影響，并且動作可靠、準確度高，因此從根本上消除了由于空氣延時頭氣囊老化破裂引起的液壓機構打壓故障，避免了經常更換空氣延時頭的繁瑣工作和設備臨時停電；同時，由于將電機控制回路加裝了過熱保護元件，作為電機的后備保護，進一步避免電機燒毀故障，從而可縮短檢修人員搶修時間，有利于快速恢復送電，提高了電網供電可靠性。

3 結束語

引起斷路器液壓機構打壓故障的原因有很多種，除本文所述的空氣延時頭氣囊老化破裂導致打壓故障外，如壓力微動開關性能質量下降、機構密封不嚴存在泄漏、油泵本身機械故障等也會導致打壓故障。因此，深入研究并解決好液壓機構打壓故障問題，保證斷路器正?？煽坎僮?，對保證電網穩(wěn)定運行有極其重要的意義。

［1］稽光國，呂淑華.液壓系統(tǒng)故障診斷與排除［M］.北京：海洋出版社，1992.

［2］董學廣.LW6系列SF6斷路器液壓操作機構的異常分析［J］.電力安全技術，2003，（07）：20-21.

［3］平頂山高壓開關廠.LW6型SF6斷路器安裝使用說明書［S］.河南：平頂山高壓開關廠，1997.

［4］嚴亞男.SF6斷路器液壓操作機構壓力閉鎖中應注意的問題［J］.云南電力技術， 2003，（06）：44-45.

［5］張城.變電檢修技能培訓教材 ［M］.北京：中國電力出版社，1988.