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高壓斷路器電氣與機械聯(lián)動的可靠性比較

2011-04-07 18:21:00馮濤
關(guān)鍵詞:故障率三相斷路器

馮濤

(山西太原西山煤電公司職工總醫(yī)院器械科山西太原030053)

高壓斷路器電氣與機械聯(lián)動的可靠性比較

馮濤

(山西太原西山煤電公司職工總醫(yī)院器械科山西太原030053)

高壓斷路器電氣機械聯(lián)動可靠性比較

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 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70 708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%[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。1989~1997年全國電力系統(tǒng)110、220、330kV和500kV SF6斷路器操作機構(gòu)部分故障統(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。不同操動機構(gòu)故障情況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]。

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[3]。

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(zhǔn)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。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(yán)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(yán)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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。

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。

[1]C R Heising,A L Janssen,W Lanz,et al.Summa-ry of CIGRE 13.06 Working Group World Wide Relia-bility Data and Maintenance Cost Data on High Voltage Circuit/peakers Above 63 kV[A].Industry Applica-tions Society Annual Meeting[C].Conference Record of IEEE,1994

[2]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

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

(2010-09-27收稿)(岳靜玲 編輯)

1008-6633(2011)02-192-02

TM 561

A

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