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

關(guān)鍵詞：高壓斷路器電氣;機械聯(lián)動;可靠性;比較

引言

高壓斷路器在電力系統(tǒng)中起控制和保護作用，其性能的可靠與否關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。為降低非全相分合閘情況出現(xiàn)，有的場所需要用三相機械聯(lián)動。有的用戶更直觀地判斷三相機械聯(lián)動斷路器可靠性遠大于電氣聯(lián)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(xiàn)階段，斷路器分、合閘二次控制回路得到了廣泛的應(yīng)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(dǎo)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(xiàn)以下問題：首先，在斷路器分、合閘過程中，斷路器機構(gòu)和輔助開關(guān)配合不合理問題經(jīng)常出現(xiàn)，進而導(dǎo)致在分、合閘過程中，斷路器分、合閘到位輔助開關(guān)觸頭難以斷開;其次，斷路器機構(gòu)自身的靈活性嚴重缺失，卡澀現(xiàn)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(dǎo)通，但是由于受到機構(gòu)問題的影響，很難合上斷路器。

1.2斷路器故障概率統(tǒng)計

據(jù)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(diào)查，共70708臺年，因操動機構(gòu)故障造成的失效占總失效數(shù)的64.8%，其中二次電氣控制和輔助回路故障占21%，操動機構(gòu)機械故障占43.8%。1989～1997年全國電力系統(tǒng)110、220、330kV和500kVSF6，斷路器操動機構(gòu)部分故障統(tǒng)計見表1。操動機構(gòu)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(guān)、分合閘線圈、微動開關(guān)、馬達、氣體繼電器等二次元件。共統(tǒng)計故障458次，機構(gòu)故障304次。上述統(tǒng)計資料表明，目前斷路器主要故障為操動機構(gòu)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(gòu)的類型來劃分的情況見表2。從中可以看出彈簧操動機構(gòu)故障次數(shù)遠遠低于液壓及氣動機構(gòu)，其可靠性相對較高。為避免機構(gòu)類型不同對分析結(jié)果的影響，本文均選用彈簧機構(gòu)的SF6高壓斷路器。

2電氣聯(lián)動與機械聯(lián)動機構(gòu)故障率分析

2.1電氣及機械聯(lián)動

三相電氣聯(lián)動的高壓斷路器一般采用三個獨立操動機構(gòu)，通過匯控箱使機構(gòu)之間通過電氣聯(lián)接來實現(xiàn)三相聯(lián)動，各相機構(gòu)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(lián)動的高壓斷路器-般采用一個操動機構(gòu)，斷路器三個極柱與操動機構(gòu)之間通過操作桿聯(lián)接。按SDJ5-85《高壓配電裝置設(shè)計技術(shù)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(lián)動操動機構(gòu)故障發(fā)生的可能性進行分析，彈簧機構(gòu)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(lián)動聽發(fā)生的機率應(yīng)是相同的。區(qū)別在于彈簧機構(gòu)內(nèi)部的機械故障的不同以及彈簧機構(gòu)與本體之間的機械故障的不同。

2.3故障分析

2.3.1機構(gòu)與本體之間出現(xiàn)故障的可能

與電氣聯(lián)動相比，機械聯(lián)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(diào)整，才能確保三極之間的機械聯(lián)接在允許誤差范圍之內(nèi)并保證其同期性。一般情況下，由于現(xiàn)場施工條件比較簡陋，斷路器基礎(chǔ)及支架尺寸也會有偏差，再加上施工人員技術(shù)素質(zhì)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(gòu)部分故障中所占的比例達到23%，如果扣除液壓和氣動機構(gòu)類型的影響，這種比例會更大，這也間接反映了現(xiàn)場安裝調(diào)試難度加大，會造成運行后故障的增多。電氣聯(lián)動操動機構(gòu)由于機構(gòu)與斷路器極柱直接連接，出現(xiàn)該故障的機率就少多了。其次，對于機械聯(lián)動機構(gòu)，各極上的力和能量的傳遞是不一樣的，離機構(gòu)最近的一極將承受比較大的機械應(yīng)力;各極之間的振動也不一樣，離機構(gòu)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(nèi)部的應(yīng)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(yīng)力還處在可接受的范圍內(nèi)。但是，當相間距離超過2.5m時，應(yīng)力和變形就會對斷路器的可靠性和穩(wěn)定性產(chǎn)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(chǎn)300kv及以上的三相機械聯(lián)動斷路器最重要的原因之一。

2.3.2機構(gòu)本身故障可能性

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

結(jié)語

三相機械聯(lián)動故障率大于三相電氣聯(lián)動機構(gòu)，在沒有特殊要求的情況下，應(yīng)盡可能選用電氣聯(lián)動機構(gòu)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(lián)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(lián)動機構(gòu)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(gòu)在線監(jiān)測參數(shù)的選擇[J].高壓電器，2002，38（1），24.

[2]SDJ5-85.高壓配電裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程[S].