六氟化硫斷路器及其操動機構的改造

張曉華

【摘要】六氟化硫斷路器作為水電廠主要保護和控制元件，其動作可靠性極為重要。斷路器的分合閘操作是通過操作機構來完成操作，其工作性能和品質優劣對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機構。

【關鍵詞】斷路器；操作機構；改造

1、前言

桃林口水電廠GIS室設備自1997年發電至今已經運行18年，為電廠的安全運行做出了重要的支持。但在長期的開斷操作中，已經不能滿足安全高效發電的要求，故對其主要設備LW6-110型六氟化硫斷路器液壓操作機構進行改造，更換為LW36-126型自能式六氟化硫斷路器。

2、原斷路器及操作機構優劣以及運行中常見問題

2.1 原斷路器操作機構的優劣

原液壓操作機構體積小，操作力大，需要控制的能量小，動作快，操作平穩無噪聲。液壓操作機構的工作壓力高，操作力易獲得并且控制比較方便，不需要直流電源，暫時失電仍可多次操作，油同時還可以起到潤滑劑保護的作用，容易實現自動控制和各種保護，特別適用于我站110Kv高壓斷路器，在我站17年安全運行中，起到了至關重要的作用。

2.2 原斷路器操作機構運行中常見的問題

電站運行至今18年按需發電，特別是經歷了2012年高水頭連續發電，斷路器常分常合，機械部件疲勞，開始不斷出現各種故障。液壓機構打壓頻繁，經常漏油，閥體及儲壓桶損壞等。氣室壓力降低、電壓互感器已經發生故障。隔離開關對地短路過。二次保護嚴重缺陷、斷路器、行程、同期不達標、回路電阻過大、絕緣老化，以上的缺陷隱患嚴重影響GIS的安全運行，急需對其進行大修。

3、改造后的斷路器

3.1 斷路器的簡介

LW36-126型自能式高壓六氟化硫斷路器及其所配彈簧操動結構具有技術參數高，操作功能齊全，維修簡便，使用壽命長，可以連續運行20年，機械操作次數大于6000次，安全可靠以及機構和操作原理簡單等特點，適用于交流30Hz，126Kv電力系統中，尤其適用于開斷重要負荷的場所，作為發電廠的控制或保護開關，也可作為聯絡斷路器，為電力系統的控制和保護之用。

3.2 斷路器機構特點

LW36-126型自能式高壓六氟化硫斷路器的三個相柱安裝在一個共同的機座上，三個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并顯示。斷路器配用彈簧操動機構，彈簧操動機構及電氣控制部分共用一個箱體，該箱體固定在機座的B相斷路器下部或側面，彈簧操動機構的輸出部分連接至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行分、合閘操作。斷路器共有A、B、C三個相柱，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，當斷路器接到到分閘指令后，彈簧操動機構的分閘連桿拉動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，帶動三相斷路器作分閘運動。

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，靜弧觸頭和動弧觸頭仍處于閉合狀態，因此電流轉移到弧觸頭上。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，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，只靠熱膨脹氣缸向下運動壓縮它和回氣閥之間的六氟化硫氣體，經過單向閥進入熱膨脹室，再經過動弧觸頭和噴口的間隙，進行吹弧就可以達到熄滅電弧的目的。

4、彈簧操動機構

4.1 合閘彈簧儲能

儲能電機帶動大齒輪轉動，大齒輪上的儲能驅動棘爪推動儲能軸上固定的偏心輪且使它轉到上部死點位置。當儲能軸繼續轉過死點位置時，由于合閘彈簧部分釋放的能量使儲能軸的轉動比棘爪的推動更快，因此儲能軸上的偏心輪與棘爪脫開，并且儲能軸上的凸輪被儲能保持掣子擋住，儲能軸停止轉動.儲能軸停在過上死點的100位置之前，固定于機構箱上的儲能限位板使棘爪與儲能軸上的偏心輪脫離嚙合，因而儲能軸和大齒輪分離，電動機在儲能軸過上死點位置后自動切斷電源并帶著齒輪一道減速停轉。合閘彈簧儲能完畢。

4.2 合閘操作

合閘電磁鐵啟動，使合閘半軸順時針轉動，儲能保持扇形板與儲能保持掣子一起被釋放，使得儲能軸在合閘彈簧的作用下順時針轉動。

儲能軸上的拐臂被合閘拉桿由儲能保持位置拉到下死點位置，帶動儲能軸和其上的凸輪一起轉動，其中的大凸輪在合閘過程中推動輸出拐臂上的棍子，使輸出拐臂逆時針轉動，并且通過機構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能軸上的小凸輪運動，減少合閘彈簧的剩余能量。隨后，滾子躍限在小凸輪的后面，以防止儲能軸倒轉。

4.3 分閘操作

分閘電磁鐵的啟動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動塊脫開。分閘彈簧通過分閘拉桿帶動輸出拐臂運動到分閘位置。同時滅弧室中的觸頭由機構輸出連桿帶著運動到分閘位置。最后分閘運動的動能被分閘緩沖器吸收。分閘緩沖器同時起到了制動裝置的作用。

5、彈簧操動機構在運行中存在的問題

2015年10月在一次發電合閘過程中，斷路器不能完成合閘操作，遠方、現地分合閘操作均無動作。檢查二次回路及相關設備均無故障，最后判斷斷路器本身未能完成操作.打開外箱體，發現儲能顯示完成，但是儲能軸與已儲能的合閘彈簧卡在了死點位置（1800位置）。

在合閘操作發生的時候，儲能軸與已儲能的合閘彈簧在過死點約100位置被扣住，合閘電磁鐵的重復啟動由機構聯鎖裝置防止的。分閘彈簧通過分閘拉桿儲能。合閘驅動塊沿著合閘掣子上的滾子運動。在此運動曲線的末端，合閘驅動塊會滑落在合閘掣子的滾子后面，并被滾子擋住不能倒轉，從而完成了分閘簧的儲能。

在這次大修中，電站根據自身情況，更換了101斷路器，及其主變斷路器的彈簧結構，相應的氣路系統，二次系統進行了改造，解除了GIS室在運行過程中存在的安全隱患，為電廠的安全運行提供了保障。