六氟化硫斷路器及其操動(dòng)機(jī)構(gòu)的改造

張曉華

【摘要】六氟化硫斷路器作為水電廠主要保護(hù)和控制元件，其動(dòng)作可靠性極為重要。斷路器的分合閘操作是通過操作機(jī)構(gòu)來完成操作，其工作性能和品質(zhì)優(yōu)劣對(duì)斷路器的工作性能和可靠性都有很大影響，因此可以說斷路器的開斷性能取決于斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】斷路器；操作機(jī)構(gòu)；改造

1、前言

桃林口水電廠GIS室設(shè)備自1997年發(fā)電至今已經(jīng)運(yùn)行18年，為電廠的安全運(yùn)行做出了重要的支持。但在長(zhǎng)期的開斷操作中，已經(jīng)不能滿足安全高效發(fā)電的要求，故對(duì)其主要設(shè)備LW6-110型六氟化硫斷路器液壓操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造，更換為L(zhǎng)W36-126型自能式六氟化硫斷路器。

2、原斷路器及操作機(jī)構(gòu)優(yōu)劣以及運(yùn)行中常見問題

2.1 原斷路器操作機(jī)構(gòu)的優(yōu)劣

原液壓操作機(jī)構(gòu)體積小，操作力大，需要控制的能量小，動(dòng)作快，操作平穩(wěn)無噪聲。液壓操作機(jī)構(gòu)的工作壓力高，操作力易獲得并且控制比較方便，不需要直流電源，暫時(shí)失電仍可多次操作，油同時(shí)還可以起到潤(rùn)滑劑保護(hù)的作用，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和各種保護(hù)，特別適用于我站110Kv高壓斷路器，在我站17年安全運(yùn)行中，起到了至關(guān)重要的作用。

2.2 原斷路器操作機(jī)構(gòu)運(yùn)行中常見的問題

電站運(yùn)行至今18年按需發(fā)電，特別是經(jīng)歷了2012年高水頭連續(xù)發(fā)電，斷路器常分常合，機(jī)械部件疲勞，開始不斷出現(xiàn)各種故障。液壓機(jī)構(gòu)打壓頻繁，經(jīng)常漏油，閥體及儲(chǔ)壓桶損壞等。氣室壓力降低、電壓互感器已經(jīng)發(fā)生故障。隔離開關(guān)對(duì)地短路過。二次保護(hù)嚴(yán)重缺陷、斷路器、行程、同期不達(dá)標(biāo)、回路電阻過大、絕緣老化，以上的缺陷隱患嚴(yán)重影響GIS的安全運(yùn)行，急需對(duì)其進(jìn)行大修。

3、改造后的斷路器

3.1 斷路器的簡(jiǎn)介

LW36-126型自能式高壓六氟化硫斷路器及其所配彈簧操動(dòng)結(jié)構(gòu)具有技術(shù)參數(shù)高，操作功能齊全，維修簡(jiǎn)便，使用壽命長(zhǎng)，可以連續(xù)運(yùn)行20年，機(jī)械操作次數(shù)大于6000次，安全可靠以及機(jī)構(gòu)和操作原理簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，適用于交流30Hz，126Kv電力系統(tǒng)中，尤其適用于開斷重要負(fù)荷的場(chǎng)所，作為發(fā)電廠的控制或保護(hù)開關(guān)，也可作為聯(lián)絡(luò)斷路器，為電力系統(tǒng)的控制和保護(hù)之用。

3.2 斷路器機(jī)構(gòu)特點(diǎn)

LW36-126型自能式高壓六氟化硫斷路器的三個(gè)相柱安裝在一個(gè)共同的機(jī)座上，三個(gè)相柱的氣室由閥門與管路連通，氣室中六氟化硫氣體的密度由密度繼電器檢測(cè)并顯示。斷路器配用彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)及電氣控制部分共用一個(gè)箱體，該箱體固定在機(jī)座的B相斷路器下部或側(cè)面，彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出部分連接至B相斷路器的拐臂箱，并通過連桿與A相、C相斷路器的拐臂箱連接進(jìn)行分、合閘操作。斷路器共有A、B、C三個(gè)相柱，除B相柱的拐臂箱連接的拐臂為雙拐臂外，斷路器的三相柱都是相同的。

3.3 斷路器的滅弧原理

滅弧室在大電流階段采用自能吹弧原理，當(dāng)斷路器接到到分閘指令后，彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的分閘連桿拉動(dòng)B相拐臂箱的雙拐臂，并通過相間連桿與A相和C相拐臂相連，帶動(dòng)三相斷路器作分閘運(yùn)動(dòng)。

分閘操作的第一步是由觸指和熱膨脹氣缸組成的主觸頭分開，此時(shí)，靜弧觸頭和動(dòng)弧觸頭仍處于閉合狀態(tài)，因此電流轉(zhuǎn)移到弧觸頭上。在隨后的分閘操作過程中，弧觸頭打開形成電弧。在開斷大的短路電流時(shí)，滅弧室中靜弧觸頭周圍的六氟化硫氣體被電弧的能量加熱，從而使熱膨脹室中的氣體壓力升高，在電流零點(diǎn)附近，熱膨脹氣室中的氣體吹向噴口，熄滅電弧。在開斷小電流時(shí)，只靠熱膨脹氣缸向下運(yùn)動(dòng)壓縮它和回氣閥之間的六氟化硫氣體，經(jīng)過單向閥進(jìn)入熱膨脹室，再經(jīng)過動(dòng)弧觸頭和噴口的間隙，進(jìn)行吹弧就可以達(dá)到熄滅電弧的目的。

4、彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)

4.1 合閘彈簧儲(chǔ)能

儲(chǔ)能電機(jī)帶動(dòng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪上的儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)棘爪推動(dòng)儲(chǔ)能軸上固定的偏心輪且使它轉(zhuǎn)到上部死點(diǎn)位置。當(dāng)儲(chǔ)能軸繼續(xù)轉(zhuǎn)過死點(diǎn)位置時(shí)，由于合閘彈簧部分釋放的能量使儲(chǔ)能軸的轉(zhuǎn)動(dòng)比棘爪的推動(dòng)更快，因此儲(chǔ)能軸上的偏心輪與棘爪脫開，并且儲(chǔ)能軸上的凸輪被儲(chǔ)能保持掣子擋住，儲(chǔ)能軸停止轉(zhuǎn)動(dòng).儲(chǔ)能軸停在過上死點(diǎn)的100位置之前，固定于機(jī)構(gòu)箱上的儲(chǔ)能限位板使棘爪與儲(chǔ)能軸上的偏心輪脫離嚙合，因而儲(chǔ)能軸和大齒輪分離，電動(dòng)機(jī)在儲(chǔ)能軸過上死點(diǎn)位置后自動(dòng)切斷電源并帶著齒輪一道減速停轉(zhuǎn)。合閘彈簧儲(chǔ)能完畢。

4.2 合閘操作

合閘電磁鐵啟動(dòng)，使合閘半軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，儲(chǔ)能保持扇形板與儲(chǔ)能保持掣子一起被釋放，使得儲(chǔ)能軸在合閘彈簧的作用下順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

儲(chǔ)能軸上的拐臂被合閘拉桿由儲(chǔ)能保持位置拉到下死點(diǎn)位置，帶動(dòng)儲(chǔ)能軸和其上的凸輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，其中的大凸輪在合閘過程中推動(dòng)輸出拐臂上的棍子，使輸出拐臂逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并且通過機(jī)構(gòu)連桿使斷路器完成合閘操作。

在合閘過程的最后，合閘緩沖器上的滾子沿儲(chǔ)能軸上的小凸輪運(yùn)動(dòng)，減少合閘彈簧的剩余能量。隨后，滾子躍限在小凸輪的后面，以防止儲(chǔ)能軸倒轉(zhuǎn)。

4.3 分閘操作

分閘電磁鐵的啟動(dòng)通過分閘半軸和分閘扇形板使合閘保持掣子與輸出拐臂上的合閘驅(qū)動(dòng)塊脫開。分閘彈簧通過分閘拉桿帶動(dòng)輸出拐臂運(yùn)動(dòng)到分閘位置。同時(shí)滅弧室中的觸頭由機(jī)構(gòu)輸出連桿帶著運(yùn)動(dòng)到分閘位置。最后分閘運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能被分閘緩沖器吸收。分閘緩沖器同時(shí)起到了制動(dòng)裝置的作用。

5、彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)在運(yùn)行中存在的問題

2015年10月在一次發(fā)電合閘過程中，斷路器不能完成合閘操作，遠(yuǎn)方、現(xiàn)地分合閘操作均無動(dòng)作。檢查二次回路及相關(guān)設(shè)備均無故障，最后判斷斷路器本身未能完成操作.打開外箱體，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)能顯示完成，但是儲(chǔ)能軸與已儲(chǔ)能的合閘彈簧卡在了死點(diǎn)位置（1800位置）。

在合閘操作發(fā)生的時(shí)候，儲(chǔ)能軸與已儲(chǔ)能的合閘彈簧在過死點(diǎn)約100位置被扣住，合閘電磁鐵的重復(fù)啟動(dòng)由機(jī)構(gòu)聯(lián)鎖裝置防止的。分閘彈簧通過分閘拉桿儲(chǔ)能。合閘驅(qū)動(dòng)塊沿著合閘掣子上的滾子運(yùn)動(dòng)。在此運(yùn)動(dòng)曲線的末端，合閘驅(qū)動(dòng)塊會(huì)滑落在合閘掣子的滾子后面，并被滾子擋住不能倒轉(zhuǎn)，從而完成了分閘簧的儲(chǔ)能。

在這次大修中，電站根據(jù)自身情況，更換了101斷路器，及其主變斷路器的彈簧結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的氣路系統(tǒng)，二次系統(tǒng)進(jìn)行了改造，解除了GIS室在運(yùn)行過程中存在的安全隱患，為電廠的安全運(yùn)行提供了保障。