220kV三相機械聯動斷路器改造方案的應用

艾思維 趙俊杰 吳秀峰 康佳 韓繼承

[摘 ? ?要 ]涉網斷路器是電廠與電網連接的重要單元，在電力系統中起調整運行方式及對系統中的故障隔離作用。目前分為兩類：三相機械聯動斷路器三相共用一臺操動機構，相間通過機械連桿連接，實現同時分合;分相電氣聯動斷路器每相配置獨立操動機構，實現電氣聯動。根據25項反措要求，新建220 kV及以下用于并網的斷路器必須具備三相機械聯動。電網及機組的安全性，進行了2號機組出口并網斷路器由電氣聯動到三相機械聯動的改造，期間克服了自主設計方案、安全距離不足、SF6氣體回收、地基重筑等難題，過程中未發生不安全事件，運行至今安全可靠。

[關鍵詞]高壓斷路器;電氣聯動;機械聯動;氣體回收;地基重筑

[中圖分類號]M623.7 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）06–00–03

[Abstract]The network-related circuit breaker is an important unit connecting the power plant and the power grid. It plays a role in adjusting the operation mode and isolating faults in the power system. There are currently two types： three-phase mechanical linkage circuit breakers share one operating mechanism for three phases， and the phases are connected by mechanical linkages to achieve simultaneous opening and closing; split-phase electrical linkage circuit breakers are equipped with independent operating mechanisms for each phase to achieve electrical linkage . According to the requirements of 25 countermeasures， newly built circuit breakers of 220 kV and below for grid connection must have three-phase mechanical linkage. For the safety of the power grid and units， the outlet grid-connected circuit breaker of Unit 2 was transformed from electrical linkage to three-phase mechanical linkage. During this period， independent design schemes， insufficient safety distance， sulfur hexafluoride gas recovery， and foundation reconstruction were overcome. The problem is that no unsafe incident occurred in the process， and the operation is safe and reliable so far.

[Keywords]high-voltage circuit breaker; electrical linkage; mechanical linkage; gas recovery; foundation reconstruction

1 概述

涉網斷路器是電力系統中主要的電力隔離設備，當系統正常運行時，它能切斷和接通線路及各種電氣設備的空載和負載電流;當系統發生故障時，其與繼電保護配合，能迅速切斷故障電流，防止擴大事故范圍。

三相機械聯動斷路器三相共用一臺操動機構，相間通過機械連桿連接，實現三相斷路器的同時分合;電氣聯動斷路器每相配置獨立操動機構，可實現電氣聯動，若在匯控箱中增加聯動操作繼電器同時用電纜將三相操動機構連接起來，可實現三相電氣聯動操作。對于兩類斷路器的選擇，根據反措施中的規定，新建220 kV及以下用于并網的斷路器必須具備三相聯動。如果是仍使用電氣聯動，需要增加防非全相保護，防止缺相操作。

2 非全相合閘事故案例分析

A電廠330 MW機組發電機在同期并網過程中，發現出口斷路器顯示未合閘，但機組負荷仍可上升。在負荷達到16.85 MW·h，斷路器非全相保護動作，此時，C相電流仍顯示為18.7A，A、B相電流均為0。此次事故中，若斷口閃絡保護未及時動作使發電機及時解列，將會導致發電機定子三相電流嚴重不平衡，造成轉子表面發熱、使轉子產生振動，嚴重時會發生燒壞轉子線圈，折斷大軸等一系列嚴重的后果，同時也給電力系統的安全運行帶來了極大的威脅。

3 兩種不同動作方式斷路器概況

以國電內蒙古東勝熱電有限公司為例，現有2臺330 MW火電燃煤機組，廠內采用220 kV雙母雙出線連接方式，機組出口采用河南平高廠生產的LW10B-252型SF6滅弧斷路器，每極均有一套獨立的液壓系統，實現三相電氣聯動及分相自動重合閘等操作。為防止非全相并網采取三相斷路器位置接點并聯構成電氣非全相回路。2020年，根據《25項反措》要求為防止機組并網斷路器單相異常導通造成機組損傷，防止非全相合閘造成機組事故，將#2機組出口202斷路器由分相式改為ABB公司生產的HPL245B1-3P三相機械聯動式結構斷路器。

4 過程難點分析

4.1 微毒氣體回收

公司原采用LW10B-252型SF6滅弧斷路器，利用SF6氣體作為滅弧介質。這種氣體是《京都議定書》中規定減排的6種溫室氣體之一，在吊裝拆除過程中極易發生SF6氣體泄漏而污染環境，且原斷路器中SF6氣體壓力約為0.6 MPa，如不提前泄壓，改造作業過程中存在人身安全隱患。

4.2 拆卸及運輸

公司#2機組出口202三相斷路器在該廠220 kV升壓站中的地理位置為母聯三相斷路器與出線三相斷路器中間，作業空間受限嚴重。在#2機組檢修期間，母聯斷路器間隔與出線斷路器間隔均處于運行狀態，考慮到220 kV的安全距離為3 m，吊車的安全距離為6 m，因此吊車擺臂運動的范圍必須進行精確嚴格地規劃。

4.3 受力方式不同

原電氣聯動的斷路器在分合閘時動觸頭是垂直動作，因此斷路器的受力點方向為垂直地面向下，因此地腳螺栓主要起固定作用，斷路器動作受力于地基。新改造的三相機械聯動的斷路器承受的是橫向拉力，地腳螺栓將承擔起斷路器動作產生的力，因此改造中需更換受力更強的地腳螺栓。由于斷路器至發電機機端電流互感器采用的是硬質管型連桿，為保證固定夾件與連桿的貼合面積更大，減少因貼合面松緊度不同導致的局部發熱，則要求更換后新的斷路器夾件高度與發電機機端電流互感器夾件保持水平。由于新斷路器本體較之前斷路器本體高出20 cm，因此需要重筑地基將斷路器本體的高度差補齊。

5 難點解決方案

5.1 微毒氣體回收

LW10B-252斷路器拆卸前應首先釋放合閘操作液壓;使斷路器處于分位且傳動機構不帶壓狀態。拆下斷路器密度繼電器及操作機構所涉電纜。此時斷路器作好了拆卸準備，在正式拆卸前需將微毒的斷路器SF6氣體進行回收，本次回收氣體采用的是抽真空的方式，使用氣體回收裝置把氣體抽至回收裝置自有氣罐，直至斷路器滅弧室內氣壓小于0.125 MPa（絕對壓力），檢查無泄漏后加壓充至廢氣瓶。

5.2 拆卸及運輸

在考慮不損壞原斷路器整體結構以做備用的情況下，原分相斷路器的拆卸吊裝采用整體吊裝方式，使用吊車將斷路器本體連同其操作機構箱共同吊起，移動至過道處后傾倒放置。吊裝過程中作業人員將綁帶固定于母線接線端子處，兩側設置專人綁扎綁帶拉伸，以防柜體擺動。

但由于該廠升壓站設備排布緊湊，空間位置不足，在運輸斷路器的過程中無法使用大型裝載車輛。為此，該項目負責人僅采用小型叉車，將斷路器操作機構箱的底部緊緊抵靠在車身上，將綁帶一端拴在斷路器頂端，另一端掛在叉車升降桿上調節緊力，利用三角形固定法走Y形路線將舊斷路器整體移出升壓站。

5.3 改造受力方式

根據對側CT水平位置及高度，首先利用激光測距儀測量CT距地基水平位置及高度，以確保連桿水平放置。移除原地基約3/4后，已滿足預埋地腳深度，故保留了原地基底下1/4以用來植筋，植入8根主筋及輔筋圍成鼠籠。使用激光水平儀及拉繩使三相斷路器橫、縱（CT水平位置）交匯確定每相斷路器的中心點且根據新斷路器間距設計相間3 m。待植筋膠徹底干透后使用拉力器做植筋拉伸試驗，確保植筋穩固。根據所找中心點確定4個地腳螺栓的固定位置并綁扎牢固;地腳螺栓固定完畢后放置圍板，用以澆筑，地腳澆筑完畢后需每天澆水養護7日，澆筑混凝土存樣留檢強度。存樣混凝土檢驗后符合強度要求方可進行新斷路器安裝。

5.4 安裝詳解

新筑地基養護、檢樣完畢，此時將斷路器基座與瓷瓶分體組裝并利用地腳螺栓調整支架上部水平高度。吊裝新斷路器本體時，在斷路器頂部綁好吊帶，此時應注意不能將吊帶系在絕緣子表面，拖拽頂部將斷路器立起斷路器瓷瓶。

5.4.1 安裝相間橫向拉桿

每相斷路器柱在出廠前都已設置到一個基準位置，在組裝動作連桿和斷路器柱間的操作拉桿時，將斷路器柱調節到正確的分閘位置。檢查合閘拐臂的閉鎖掣子上的鎖檔應靠著合閘掣子滾軸上。

5.4.2 組裝機構箱拉桿

每個斷路器柱在出廠前都已經過設置，其合閘和分閘位置已定。按以下步驟進行調整：手動使操作杠桿（3）和操作機構（2）的拉桿向合閘位置移動，直到拉桿（5）可以放在耦合連接頭和操作機構拉桿之間，同步地將拉桿擰緊固定到操作機構的拉桿（2）（右旋）和極柱的耦合連接頭（4）（左旋）上。每個鎖緊螺母（8）的下面加兩個彈簧墊圈。轉動拉桿（5）以使它的長度減小，同時使操作杠桿（3）移向分閘位置。當操作桿（3）在分閘位置，且校正孔（7）正好與機構箱上的預留孔對齊時，拉桿達到了合適的位置。用6毫m直徑的桿檢查孔是否對齊，檢查拉桿（5）是否旋過檢查孔（9和10），鎖緊螺母的緊固力矩是300 N·m。

5.4.3 組裝相間拉桿

把鎖緊螺母（2和3）旋到拉桿（4）上的螺紋端部，并將2個螺母（3）相互擰緊。在拉桿的右側末端裝2個彈簧墊圈并把拉桿（4）在連接件（1）上擰入2圈，用方形卡片和自鎖螺釘（5）將軸銷（6）鎖死，用22.5 N·m的力矩緊固自鎖螺釘（5）。從B相拆下帶有方形墊圈的自鎖螺釘（9），軸銷（10）和連接件（7），并在拉桿（4）上旋轉2圈，將連接件插入轉動臂的夾叉中，轉動螺母（3）使拉桿（4）旋入B和A相的連接件，使連接件之間的距離靠近。當轉動臂（8）和連接件（7）上的孔互相對直時，裝上軸銷（10），用方形卡片和自鎖螺釘（9）將軸銷（10）鎖死，用22.5 N·m的力矩緊固自鎖螺釘（9）。組裝好軸銷和緊好自鎖螺母和卡片以后，繼續以相同方向旋轉拉桿，當轉動臂拉向合閘位置（向右）和B相的分閘彈簧收緊時，力矩將增加。

當調直檢查孔（2）和轉動室上對應的孔對直時，用螺母（1）鎖住拉桿，用300 N·m的力矩緊固螺母。以同樣的方法組裝B相和C相之間的拉桿，如圖1所示。

5.5 三相機械聯動斷路器的調試試驗

三相機械聯動斷路器安裝完畢后，安裝人員對斷路器進行了現場測試：①在出廠試驗電壓（460 kV）的80%下進行現場加壓（368 kV）1 min，加壓前后各相阻值均未有明顯變化（120 GΩ）。②進行機械特性及動作時間試驗時，動作時間在20±2 ms之間，滿足規程要求。③斷路器額定出廠SF6滅弧壓力0.7 MPa，報警壓力0.62 MPa、閉鎖壓力0.6 MPa，微水含量不超過250 ×10-6，現場試驗合格。

6 結束語

簡述運行中電廠為了進一步提高機組運行穩定、保障電網安全、防止機組并網斷路器單相異常導通造成機組損傷等，將并網的斷路器由三相電氣聯動改為三相機械聯動式結構。在施工過程中存在安全距離不足、舊斷路器拆除時SF6氣體回收、新舊斷路器尺寸不完全一致、新舊地基應力不同等問題，為此，我廠提出了以上解決方案。

此次斷路器改造歷時15日，其中地基養護7日，改造后設備配合運行狀況良好，并網一次成功，達到了預期效果。證明此方案行之有效，可供借鑒參考。

參考文獻

[1] 石占海.110 kV高壓斷路器為何多采用三相機械聯動[J].科學時代，2014（3）：1-2.

[2] 牛磊.機組并網斷路器重合閘問題分析[J].百科論壇電子雜志，2019（2）：535.

[3] 楊曉琳，蔡巍，李帆.淺談電網SF6氣體回收處理[C].中國電機工程學會年會.2010.

[4] 范立濱，孟祥江.論高壓斷路器電氣與機械聯動的可靠性[J].黑龍江科技信息，2007，（23）：21-21.

[5] 郭賢珊，李伸夫，陳軒恕.斷路器操動機構在線監測參數的選擇[J].高壓電氣，2002（38）：24-25.