高壓斷路器電氣與機械聯動的可靠性比較(1)

蔡龍箭 王闖

摘要：在改革開放的新時期，我國的綜合國力在快速的發(fā)展，社會在不斷的進步，高壓斷路器在電力系統中起控制和保護作用，其性能的可靠與否關系到電力系統的安全、穩(wěn)定運行。為降低非全相分合閘情況出現，有的場所需要用三相機械聯動。有的用戶更直觀地判斷三相機械聯動斷路器可靠性遠大于電氣聯動的斷路器，但實際情況卻需要具體分析。

關鍵詞：高壓斷路器電氣;機械聯動;可靠性;比較

引言

高壓斷路器在電力系統中起控制和保護作用，其性能的可靠與否關系到電力系統的安全、穩(wěn)定運行。為降低非全相分合閘情況出現，有的場所需要用三相機械聯動。有的用戶更直觀地判斷三相機械聯動斷路器可靠性遠大于電氣聯動的斷路器，但實際情況卻需要具體分析。

1概述

1.1斷路器控制回路原理

以高鐵牽引變電所220kV等級的斷路器控制回路為例，現階段，斷路器分、合閘二次控制回路得到了廣泛的應用，斷路器在合閘命令發(fā)生過程中，如果斷路器輔助接點沒有返回，合閘回路會一直處于導通的狀態(tài)。在實際運行過程中，斷路器在合閘操作過程中極容易出現以下問題：首先，在斷路器分、合閘過程中，斷路器機構和輔助開關配合不合理問題經常出現，進而導致在分、合閘過程中，斷路器分、合閘到位輔助開關觸頭難以斷開;其次，斷路器機構自身的靈活性嚴重缺失，卡澀現象較為常見。在斷路器分、合閘操作過程中，雖然分、合閘回路導通，但是由于受到機構問題的影響，很難合上斷路器。

1.2斷路器故障概率統計

據CIGRE于1988～1991年對1978～1991年投運的66kV及以上單壓式SF6斷路器進行的可靠性調查，共70708臺年，因操動機構故障造成的失效占總失效數的64.8%，其中二次電氣控制和輔助回路故障占21%，操動機構機械故障占43.8%。1989～1997年全國電力系統110、220、330kV和500kVSF6，斷路器操動機構部分故障統計見表1。操動機構包括2個部分，一是機械傳動部分;二是包括控制機械部分合、分操作的控制回路和輔助回路，如接線端子、接觸器、輔助開關、分合閘線圈、微動開關、馬達、氣體繼電器等二次元件。共統計故障458次，機構故障304次。上述統計資料表明，目前斷路器主要故障為操動機構故障，且機械故障占有較大比例。CIGRE報告WGl3.06，故障按操動機構的類型來劃分的情況見表2。從中可以看出彈簧操動機構故障次數遠遠低于液壓及氣動機構，其可靠性相對較高。為避免機構類型不同對分析結果的影響，本文均選用彈簧機構的SF6高壓斷路器。

2電氣聯動與機械聯動機構故障率分析

2.1電氣及機械聯動

三相電氣聯動的高壓斷路器一般采用三個獨立操動機構，通過匯控箱使機構之間通過電氣聯接來實現三相聯動，各相機構傳動輸出軸直接與極柱相連;在保護裝置上，采用三相位置不一致繼電器啟動跳閘。三相機械聯動的高壓斷路器-般采用一個操動機構，斷路器三個極柱與操動機構之間通過操作桿聯接。按SDJ5-85《高壓配電裝置設計技術規(guī)程》，屋外配電裝置的相間距離不低于該規(guī)程中A2的要求，即110J、220J、330J、500J分別為1000mm、2000mm、2800mm、4300mm。

2.2故障可能性分析

對三相電氣、機械聯動操動機構故障發(fā)生的可能性進行分析，彈簧機構和極柱之間為直接連接。對絕緣擊穿和斷路器無法開斷或操作這兩種故障，電氣或機械聯動聽發(fā)生的機率應是相同的。區(qū)別在于彈簧機構內部的機械故障的不同以及彈簧機構與本體之間的機械故障的不同。

2.3故障分析

2.3.1機構與本體之間出現故障的可能

與電氣聯動相比，機械聯動的斷路器安裝要困難得多。它需要在三極之間進行準確的調整，才能確保三極之間的機械聯接在允許誤差范圍之內并保證其同期性。一般情況下，由于現場施工條件比較簡陋，斷路器基礎及支架尺寸也會有偏差，再加上施工人員技術素質不同，很難滿足安裝的要求。從表1中也可以看出，機械部分變形損壞在機構部分故障中所占的比例達到23%，如果扣除液壓和氣動機構類型的影響，這種比例會更大，這也間接反映了現場安裝調試難度加大，會造成運行后故障的增多。電氣聯動操動機構由于機構與斷路器極柱直接連接，出現該故障的機率就少多了。其次，對于機械聯動機構，各極上的力和能量的傳遞是不一樣的，離機構最近的一極將承受比較大的機械應力;各極之間的振動也不一樣，離機構最近的一極，其振動程度最嚴重。此外，由于大氣溫度的變化，金屬會熱脹冷縮，連桿長度的變化會使斷路器的分合閘時的位置發(fā)生改變，而這種改變的后果是嚴重的。最后，機械連桿內部的應力會隨著相間距離的變化而增大。一般與dA成正比（1≤A≤2）。線性變形時（如變形或伸長），A=1;非線性變形時（如：膨脹），A=2。試驗表明，當相間距離小于2.5m時，應力還處在可接受的范圍內。但是，當相間距離超過2.5m時，應力和變形就會對斷路器的可靠性和穩(wěn)定性產生影響。并且，由于SF6斷路器開距要遠小于少油斷路器，因此機械傳動上的微小差異，即對斷路器性能造成很大影響。這也是世界上所有斷路器制造商為什么不愿意生產300kv及以上的三相機械聯動斷路器最重要的原因之一。

2.3.2機構本身故障可能性

彈簧機構斷路器的故障次數要遠低于液壓和氣動機構斷路器的故障次數，但三相聯動機構與電氣聯動機構相比，前者所需操作功比后者要大的多，產生的應力和振動就大，對機構的破壞就大。當然，對各制造商來說，其產品性能與其制造質量、工藝水平有很大關系，用戶可以選用年平均故障率低、質量可靠的制造商的產品以降低故障率，但總的說三相聯動機構故障率P4遠大于電氣聯動機構故障率P3。

結語

三相機械聯動故障率大于三相電氣聯動機構，在沒有特殊要求的情況下，應盡可能選用電氣聯動機構的斷路器;1l0kV及以下斷路器相間距離一般小于2000mm，采用三相機械聯動的方式比較適宜;220kV及以上斷路器，相間距離一般為3000～4000mm，采用三相電氣聯動機構比較適宜。

參考文獻

[1]郭賢珊，李仲夫，陳軒恕.斷路器操動機構在線監(jiān)測參數的選擇[J].高壓電器，2002，38（1），24.

[2]SDJ5-85.高壓配電裝置設計技術規(guī)程[S].