摘 要 本文概述了斷路器操動機構的分類,介紹了CT17-35操動機構的技術特性,闡述了其在應用中的調試方法,展望了永磁操動機構的發展動態。
關鍵詞 操動機構 調試 發展動態
1 斷路器操動機構
斷路器由三部分組成滅弧室:斷路器機架、操動機構。作為斷路器主要部件的斷路器本體,它的功能是切斷負載或短路電流。按其滅弧所采用的介質來分,可分為油斷路器,真空斷路器和SFK斷路器。操動機構的功能是通過電動方式或手動方式實現斷路器觸頭的開合及滿足觸頭開合特性的各種要求。因此,雖然操動機構在斷路器總造價中占較低的比率,但其在斷路器的開合特性起著至關重要的位置。
就真空斷路器而言目前真空技術已經比較完善,它的平均無故障時間能夠達到25年,然而在實際運行中,配電網開關設備的可靠性卻并不樂觀,遠遠低于真空無弧室已達到的可靠性水平口統計資料表明:設備故障中有70%~90%以上為操動機構的機械故障。傳統的真空斷路器其操動機構主要是電動彈簧機構和電磁操動機構。對于機械電動彈簧機構,它所暴露出來的缺點是機械結構十分復雜,零件數量多,且要求加工精度高,制造工藝復雜,成本高,產品的可靠性不易保證。對于電磁操動機構,其結構復雜程度和工作可靠性比電動彈簧儲能機構要有所改善,但其致命的問題是合閘線圈消耗功率太大,要求配置價格昂貴的蓄電池組以及電磁機構結構笨重。
從國外的產品發展趨勢看lOKV以下的真空斷路器還是以采用電磁機構為主而1OKV以上的真空斷路器以采用電動彈簧機構為主。而新型的永磁操動機構正在研制中,并已成了世界各國開發的熱點o永磁操動機構的顯著優點是:結構簡單零部件少,可靠性高及操作能耗校當其與真空斷路器配合使用,組成自動重合器系統,應用于變電站(開關柜)和柱上開關,使配電網的可靠性和自動化程度有很大提高。在歐洲市場已出現以電池作為操作能源,可10年免維護的永磁操動機構及控制系統。
根據專家的估計,國際上這一領域內系統的理論還遠未成熟,還有許多實驗研究工作要做。國內的理論及實驗研究工作才剛剛起步。因此這種新材料、新工藝及新原理,使真空斷路器的磁力驅動裝置實現低能耗,高可靠性的永磁操作動機構的研究發展前景及市場前景將是十分可觀。
在國內隨著真空斷路器的迅速發展,對配套使用的彈簧操動機構有了更高的要求。CT8是我國開發研制的第一代彈簧操動機構產品,在此基礎上,衍生出CT10、CT12等彈簧操動機構,得到了廣泛的推廣使用。20世紀70~80年代我國還沒有適合于真空斷路器使用的長壽命彈簧操動機構。1992年以后發展了幾種長壽命彈簧操動機構我國開發第二代CT17、CT19等新-代彈簧操動機構。它們的輸出特性與真空斷路器的反力特性有較好的匹配輸出功能滿足大容量真空斷路器的要求,機械壽命已達到30000次。2CT17-35的結構與性能CT17-35是新一代彈簧操動機構,專門用于35kV真空斷路器。它的設計思路與1OKV真空斷路器配用的彈簧操動機構CT17結構基本相同,主要技術特性如下:
(1)合閘功率:350~500J,連續可調,能滿足不同斷路器對輸出功的要求。
(2)機構壽命:10000次。
(3)安裝方式:可正裝、倒裝或任意方向安裝。
(4)儲能系統:齒輪傳動,承受沖擊負荷能力強,運行平穩,噪聲小,壽命長。所需電機功率僅200W,可靠性高。
(5)驅動系統:對稱餃鏈,受力均勻,磨損校
(6)合分脫扣系統:采用半軸搭扣和解鎖形式。扣接牢靠,解鎖方便。合分所需功率小,合分電流校
(7)輔助開關:輔助開關傳動系統運行角度小,遠離死區,轉角連續可調,容易調至最佳狀態。
(8)行程開關:采用LXW型,接點容量大,可用其直接切換儲能電機。有直流滅弧裝置。
(9)負載特性:因其專為35kV真空斷路器設計,與負載匹配良好,合分省力,速度可調范圍大。
(10)欠壓脫扣方式:拋棄繁瑣的機械系統,采用電氣方式,結構簡單,運行可靠,有新意。
3 CT17-35的安裝調試
CT17-35機構安裝就位后與斷路器的連接必須在"已儲能"和"分閘"狀態下進行。機構在儲運中,一般是"未儲能和合閘"狀態。所以在與斷路器連接前,先手動儲能,再用慢分扳手套在輸出軸的外六方上,手按分閘按鈕,順時針方向扳動輸出軸,機構分開了。當確認機構為"已儲能"和"分閘"狀態后,用連桿將機構輸出軸上的拐臂與斷路器大軸拐臂連接,使連桿上下、前后、左右都有一定的活動間隙,用手輕晃連桿,感到靈活自如。若在"未儲能"與"分閘"狀態下連接連桿,這樣極易造成連桿長度不合適。
另外,要求機構安裝的基面要平整,否則引起機構夾板扭曲變形,造成合閘摯子軸或合閘半軸轉動不靈活,有可能使彈簧儲能后保持不祝機構與斷路器連好以后,先手動合分幾次,當確認手動合分正常后,再通電試驗。
機構調整的主要內容有:連桿長度調整;合閘功的調整;輔助開關微調;行程開關微調。這些都是機構與斷路器連接后必須調整的。機構出廠時雖然已經調整,但以上各項的狀態不可能對每一臺斷路器都很合適。
3.1 聯調中問題的分析
在與斷路器聯調中,針對"合不上"(即合閘命令發出了,斷路器最終沒有閉合)問題。該問題包含了兩種過程截然不同而最終結果完全一樣的情況。一種是機構完成了合閘操作,而斷路器大軸沒有轉動,即機構出現了一次空的沒有帶動負載的合閘過程,叫做"空合"。另一種是機構合閘過程完成了,斷路器也合上了,但斷路器在瞬間改變了狀態,又回到了分閘位置,叫做"合空"。在調試過程中要認真區分兩種情況,找出各自的原因。
"空合"的原因是斷路器與機構的連桿長度不合適,引起機構工作狀態不對。如果連桿過短,迫使機構的凸輪連桿工作位置不對,這時滾子在合閘凸輪凹槽的右上方,從機構正面觀察,在"儲能"、"分閘"時,扇形板藏匿在分閘半軸內。當合閘命令發出后,合閘凸輪在儲能彈簧收縮力的作用下,滾子右移,直連板不能驅動機構輸出拐臂順時針旋轉,因而連桿未動,斷路器也未動,只是機構空合一次。"空合"對機構的危害很大,此時合閘彈簧的能量都消耗在機構內部。
連桿過長也會使機構"空合"。當機構正裝時,容易因連桿過短而"空合",機構倒裝時,容易因連桿過長而"空合"。為了減少此類事情的發生,斷路器與機構連接時,必須在"分閘"、"已儲能"狀態下,保證扇形板復位到底。
"合空"的產生是在合閘過程中或合閘以后,機構上某些零件與分閘半軸發生了干涉如:合閘凸輪或其上附件碰了分閘半軸的扭簧·或儲能彈簧在收縮過程中,因擺動碰了分閘半軸上的頂板,產生剛合即分的過程。這種問題的解決,當然是仔細觀察,排除干涉。
機構的合閘過程很快常常看不清斷路器到底是沒有閉合,還是合上后又分開了。分不清是"空合"還是"合空"。這時,我們可以借助于下面的辦法來判斷:只要機構在"分閘"、"已儲能"狀態下,扇形板沒有復位好,就是"空合";若扇形板復位良好,則仔細觀察或手摸分閘半軸,在合閘過程中,分閘半軸有轉動,就是“合空”。
3.2 斷路器開距與起行程的調整
設斷路器拐臂長度為Ll,轉角為α1;機構的輸出拐臂長度為14,轉角為α2，它們應該滿足如下關系式α1Ll=α2L2
CT17-35的輸出拐臂轉角為40°～50°,配不同的斷路器,輸出拐臂的長度不同。目前有120mm、11Omm、104mm、58mm等幾種。如果用CT17-35配新設計的斷路器,請根據機構已有的輸出拐臂的長度及40OJ00的轉角,用上述關系式計算出斷路器的拐臂長度,以減少機構輸出拐臂的種類。
在滿足上述關系式的前提下,斷路器開距與超行程的調整并不困難o有時會遇到開距超行程十分難調,應先復核一下上述關系式是否滿足。
在調試中,有時用改變連桿長度的辦法調整超行程,這是比較簡便又行之有效的。但是,必須保證斷路器可靠合分。如果連桿過長或過短,則會出現前面所說的"空合"。當改變連桿長度影響斷路器可靠合分時必須通過調整斷路器絕緣拉桿、油緩沖或橡皮墊來調開距、超行程。開距、超行程的測量必須在合分到位的條件下進行否則測量結果不對。
3.3 合分閘速度的調整
在合閘過程中,儲能彈簧的能量,一部分克服阻力,產生加速度,使斷路器合閘;另一部分拉伸分閘彈簧,轉化為分閘過程的能量而儲存起來。如果合閘彈簧的能量大,在克服阻力、拉伸分閘彈簧的同時,有足夠大的力量,產生較大的加速度,合閘速度就高;反之,合閘速度就低,甚至合不上閘。可見,合閘彈簧是影響合閘速度最重要的因素。當然凸輪曲面的形狀對合閘速度及其分布也至關重要。但對于給定的機構,只能靠調合閘彈簧力的大小來調整合閘速度。
當合閘彈簧力增加時,合閘速度會隨之增大。但增加到一定值后速度的增大不明顯。如果還不能滿足對合閘速度的要求,就只能改變凸輪曲面的形狀,凸輪曲面形狀對合閘速度的影響更大。
分閘速度取決于分閘彈簧和超行程的大校分閘彈簧和觸頭壓力彈簧的能量來源于合閘彈簧。首先調整好超程和分閘彈簧使分閘速度為某一合適值,再調合閘速度才有意義。一般地說,對于給定的合閘彈簧,斷路器的分閘速度升高,合閘速度就會降低口為了使斷路器運行在最佳狀態,有時要對合、分閘速度反復調整。
在調試過程中,分閘速度居高不下;為了斷路器可靠閉合,就增大合閘彈簧力,這樣合閘速度也偏大。為了降低合閘速度把彈簧力減小,又合不上閘,這是分閘彈簧性能過硬所致。若換成性能較軟的分閘彈簧,則很容易調試。如果這種斷路器過去配電磁機構,現在換成CT17-35的彈簧機構,必須把分閘彈簧換成性能軟一點的,這樣容易調試。
合閘速度必須在斷路器一次合閘到位的情況下測試;有時因超行程太大或其他原因,造成阻力過大,合閘不完全到位這時測得的合閘速度可能很低,這不代表斷路器真正的合閘速度。如果是合閘后立即自動儲能,這種合閘不完全到位的情況往往被新的儲能過程掩蓋,不易發現,但只要仔細觀察,或在合閘后不立即儲能,還是很容易判斷的。
3.4 合、分閘時間的調整
斷路器固有分閘時間指接到分閘命令到所有極的觸頭分離的時間間隔。合閘時間是從接到合閘命令到所有極的觸頭閉合的時間間隔。
固有分閘時間由兩部分組成:一部分從分閘命令發出到分閘半軸解扣；另一部分從分閘半軸解扣到動靜觸頭分離。后一部分決定于從分閘半軸到動觸頭之間的機械傳動過程。對于給定的機構和斷路器,它是固定的,不便調整。為了調整分閘時間,只能對分閘半軸解扣前的一段時間進行調整。這前一段時間,主要由分閘電磁鐵的特性、電磁鐵頂桿到頂板的間隙、頂桿的作用點和分閘半軸解扣所需力的大小來決定。分閘電磁鐵的力大,頂桿與頂板的間隙大(在適度的范圍內),頂桿的作用點到半軸的距離大,解扣所需的力小,分閘時間就短,反之就長。
在不更換電磁鐵的條件下加大電磁鐵的復位彈簧,減小頂桿與頂板間隙,減小頂桿作用點到分閘半軸的距離,加大分閘半軸扣接量,加大分閘半軸的扭簧,都是加大分閘時間的好方法。反之,分閘時間就減校用此辦法,也可對低電壓的性能進行調整。
調分閘半軸的扣接量雖然對分閘時間和低電壓性能有明顯影響但此舉必須慎用。分閘半軸的扣接量必須保證在2~4mm之間。扣接量太小會損壞半軸;扣接量太大,低電壓下可能脫不開。如果以上辦法都達不到要求,可以更換分閘電磁鐵。同樣的方法,可以
對合閘時間進行調整。
參考文獻
[1]王明俊,于爾鏗,劉廣一.配電系統自動化及其發展,中國電力出版社,1998.1
[2]張冠生.電器學,機械工業出版社,1980.11 |
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