摘 要 本文概述了断路器操动机构的分类,介绍了CT17-35操动机构的技术特性,阐述了其在应用中的调试方法,展望了永磁操动机构的发展动态。
关键词 操动机构 调试 发展动态
1 断路器操动机构
断路器由三部分组成灭弧室:断路器机架、操动机构。作为断路器主要部件的断路器本体,它的功能是切断负载或短路电流。按其灭弧所采用的介质来分,可分为油断路器,真空断路器和SFK断路器。操动机构的功能是通过电动方式或手动方式实现断路器触头的开合及满足触头开合特性的各种要求。因此,虽然操动机构在断路器总造价中占较低的比率,但其在断路器的开合特性起着至关重要的位置。
就真空断路器而言目前真空技术已经比较完善,它的平均无故障时间能够达到25年,然而在实际运行中,配电网开关设备的可靠性却并不乐观,远远低于真空无弧室已达到的可靠性水平口统计资料表明:设备故障中有70%~90%以上为操动机构的机械故障。传统的真空断路器其操动机构主要是电动弹簧机构和电磁操动机构。对于机械电动弹簧机构,它所暴露出来的缺点是机械结构十分复杂,零件数量多,且要求加工精度高,制造工艺复杂,成本高,产品的可靠性不易保证。对于电磁操动机构,其结构复杂程度和工作可靠性比电动弹簧储能机构要有所改善,但其致命的问题是合闸线圈消耗功率太大,要求配置价格昂贵的蓄电池组以及电磁机构结构笨重。
从国外的产品发展趋势看lOKV以下的真空断路器还是以采用电磁机构为主而1OKV以上的真空断路器以采用电动弹簧机构为主。而新型的永磁操动机构正在研制中,并已成了世界各国开发的热点o永磁操动机构的显著优点是:结构简单零部件少,可靠性高及操作能耗校当其与真空断路器配合使用,组成自动重合器系统,应用于变电站(开关柜)和柱上开关,使配电网的可靠性和自动化程度有很大提高。在欧洲市场已出现以电池作为操作能源,可10年免维护的永磁操动机构及控制系统。
根据专家的估计,国际上这一领域内系统的理论还远未成熟,还有许多实验研究工作要做。国内的理论及实验研究工作才刚刚起步。因此这种新材料、新工艺及新原理,使真空断路器的磁力驱动装置实现低能耗,高可靠性的永磁操作动机构的研究发展前景及市场前景将是十分可观。
在国内随着真空断路器的迅速发展,对配套使用的弹簧操动机构有了更高的要求。CT8是我国开发研制的第一代弹簧操动机构产品,在此基础上,衍生出CT10、CT12等弹簧操动机构,得到了广泛的推广使用。20世纪70~80年代我国还没有适合于真空断路器使用的长寿命弹簧操动机构。1992年以后发展了几种长寿命弹簧操动机构我国开发第二代CT17、CT19等新-代弹簧操动机构。它们的输出特性与真空断路器的反力特性有较好的匹配输出功能满足大容量真空断路器的要求,机械寿命已达到30000次。2CT17-35的结构与性能CT17-35是新一代弹簧操动机构,专门用于35kV真空断路器。它的设计思路与1OKV真空断路器配用的弹簧操动机构CT17结构基本相同,主要技术特性如下:
(1)合闸功率:350~500J,连续可调,能满足不同断路器对输出功的要求。
(2)机构寿命:10000次。
(3)安装方式:可正装、倒装或任意方向安装。
(4)储能系统:齿轮传动,承受冲击负荷能力强,运行平稳,噪声小,寿命长。所需电机功率仅200W,可靠性高。
(5)驱动系统:对称饺链,受力均匀,磨损校
(6)合分脱扣系统:采用半轴搭扣和解锁形式。扣接牢靠,解锁方便。合分所需功率小,合分电流校
(7)辅助开关:辅助开关传动系统运行角度小,远离死区,转角连续可调,容易调至最佳状态。
(8)行程开关:采用LXW型,接点容量大,可用其直接切换储能电机。有直流灭弧装置。
(9)负载特性:因其专为35kV真空断路器设计,与负载匹配良好,合分省力,速度可调范围大。
(10)欠压脱扣方式:抛弃繁琐的机械系统,采用电气方式,结构简单,运行可靠,有新意。
3 CT17-35的安装调试
CT17-35机构安装就位后与断路器的连接必须在"已储能"和"分闸"状态下进行。机构在储运中,一般是"未储能和合闸"状态。所以在与断路器连接前,先手动储能,再用慢分扳手套在输出轴的外六方上,手按分闸按钮,顺时针方向扳动输出轴,机构分开了。当确认机构为"已储能"和"分闸"状态后,用连杆将机构输出轴上的拐臂与断路器大轴拐臂连接,使连杆上下、前后、左右都有一定的活动间隙,用手轻晃连杆,感到灵活自如。若在"未储能"与"分闸"状态下连接连杆,这样极易造成连杆长度不合适。
另外,要求机构安装的基面要平整,否则引起机构夹板扭曲变形,造成合闸挚子轴或合闸半轴转动不灵活,有可能使弹簧储能后保持不祝机构与断路器连好以后,先手动合分几次,当确认手动合分正常后,再通电试验。
机构调整的主要内容有:连杆长度调整;合闸功的调整;辅助开关微调;行程开关微调。这些都是机构与断路器连接后必须调整的。机构出厂时虽然已经调整,但以上各项的状态不可能对每一台断路器都很合适。
3.1 联调中问题的分析
在与断路器联调中,针对"合不上"(即合闸命令发出了,断路器最终没有闭合)问题。该问题包含了两种过程截然不同而最终结果完全一样的情况。一种是机构完成了合闸操作,而断路器大轴没有转动,即机构出现了一次空的没有带动负载的合闸过程,叫做"空合"。另一种是机构合闸过程完成了,断路器也合上了,但断路器在瞬间改变了状态,又回到了分闸位置,叫做"合空"。在调试过程中要认真区分两种情况,找出各自的原因。
"空合"的原因是断路器与机构的连杆长度不合适,引起机构工作状态不对。如果连杆过短,迫使机构的凸轮连杆工作位置不对,这时滚子在合闸凸轮凹槽的右上方,从机构正面观察,在"储能"、"分闸"时,扇形板藏匿在分闸半轴内。当合闸命令发出后,合闸凸轮在储能弹簧收缩力的作用下,滚子右移,直连板不能驱动机构输出拐臂顺时针旋转,因而连杆未动,断路器也未动,只是机构空合一次。"空合"对机构的危害很大,此时合闸弹簧的能量都消耗在机构内部。
连杆过长也会使机构"空合"。当机构正装时,容易因连杆过短而"空合",机构倒装时,容易因连杆过长而"空合"。为了减少此类事情的发生,断路器与机构连接时,必须在"分闸"、"已储能"状态下,保证扇形板复位到底。
"合空"的产生是在合闸过程中或合闸以后,机构上某些零件与分闸半轴发生了干涉如:合闸凸轮或其上附件碰了分闸半轴的扭簧·或储能弹簧在收缩过程中,因摆动碰了分闸半轴上的顶板,产生刚合即分的过程。这种问题的解决,当然是仔细观察,排除干涉。
机构的合闸过程很快常常看不清断路器到底是没有闭合,还是合上后又分开了。分不清是"空合"还是"合空"。这时,我们可以借助于下面的办法来判断:只要机构在"分闸"、"已储能"状态下,扇形板没有复位好,就是"空合";若扇形板复位良好,则仔细观察或手摸分闸半轴,在合闸过程中,分闸半轴有转动,就是“合空”。
3.2 断路器开距与起行程的调整
设断路器拐臂长度为Ll,转角为α1;机构的输出拐臂长度为14,转角为α2，它们应该满足如下关系式α1Ll=α2L2
CT17-35的输出拐臂转角为40°～50°,配不同的断路器,输出拐臂的长度不同。目前有120mm、11Omm、104mm、58mm等几种。如果用CT17-35配新设计的断路器,请根据机构已有的输出拐臂的长度及40OJ00的转角,用上述关系式计算出断路器的拐臂长度,以减少机构输出拐臂的种类。
在满足上述关系式的前提下,断路器开距与超行程的调整并不困难o有时会遇到开距超行程十分难调,应先复核一下上述关系式是否满足。
在调试中,有时用改变连杆长度的办法调整超行程,这是比较简便又行之有效的。但是,必须保证断路器可靠合分。如果连杆过长或过短,则会出现前面所说的"空合"。当改变连杆长度影响断路器可靠合分时必须通过调整断路器绝缘拉杆、油缓冲或橡皮垫来调开距、超行程。开距、超行程的测量必须在合分到位的条件下进行否则测量结果不对。
3.3 合分闸速度的调整
在合闸过程中,储能弹簧的能量,一部分克服阻力,产生加速度,使断路器合闸;另一部分拉伸分闸弹簧,转化为分闸过程的能量而储存起来。如果合闸弹簧的能量大,在克服阻力、拉伸分闸弹簧的同时,有足够大的力量,产生较大的加速度,合闸速度就高;反之,合闸速度就低,甚至合不上闸。可见,合闸弹簧是影响合闸速度最重要的因素。当然凸轮曲面的形状对合闸速度及其分布也至关重要。但对于给定的机构,只能靠调合闸弹簧力的大小来调整合闸速度。
当合闸弹簧力增加时,合闸速度会随之增大。但增加到一定值后速度的增大不明显。如果还不能满足对合闸速度的要求,就只能改变凸轮曲面的形状,凸轮曲面形状对合闸速度的影响更大。
分闸速度取决于分闸弹簧和超行程的大校分闸弹簧和触头压力弹簧的能量来源于合闸弹簧。首先调整好超程和分闸弹簧使分闸速度为某一合适值,再调合闸速度才有意义。一般地说,对于给定的合闸弹簧,断路器的分闸速度升高,合闸速度就会降低口为了使断路器运行在最佳状态,有时要对合、分闸速度反复调整。
在调试过程中,分闸速度居高不下;为了断路器可靠闭合,就增大合闸弹簧力,这样合闸速度也偏大。为了降低合闸速度把弹簧力减小,又合不上闸,这是分闸弹簧性能过硬所致。若换成性能较软的分闸弹簧,则很容易调试。如果这种断路器过去配电磁机构,现在换成CT17-35的弹簧机构,必须把分闸弹簧换成性能软一点的,这样容易调试。
合闸速度必须在断路器一次合闸到位的情况下测试;有时因超行程太大或其他原因,造成阻力过大,合闸不完全到位这时测得的合闸速度可能很低,这不代表断路器真正的合闸速度。如果是合闸后立即自动储能,这种合闸不完全到位的情况往往被新的储能过程掩盖,不易发现,但只要仔细观察,或在合闸后不立即储能,还是很容易判断的。
3.4 合、分闸时间的调整
断路器固有分闸时间指接到分闸命令到所有极的触头分离的时间间隔。合闸时间是从接到合闸命令到所有极的触头闭合的时间间隔。
固有分闸时间由两部分组成:一部分从分闸命令发出到分闸半轴解扣；另一部分从分闸半轴解扣到动静触头分离。后一部分决定于从分闸半轴到动触头之间的机械传动过程。对于给定的机构和断路器,它是固定的,不便调整。为了调整分闸时间,只能对分闸半轴解扣前的一段时间进行调整。这前一段时间,主要由分闸电磁铁的特性、电磁铁顶杆到顶板的间隙、顶杆的作用点和分闸半轴解扣所需力的大小来决定。分闸电磁铁的力大,顶杆与顶板的间隙大(在适度的范围内),顶杆的作用点到半轴的距离大,解扣所需的力小,分闸时间就短,反之就长。
在不更换电磁铁的条件下加大电磁铁的复位弹簧,减小顶杆与顶板间隙,减小顶杆作用点到分闸半轴的距离,加大分闸半轴扣接量,加大分闸半轴的扭簧,都是加大分闸时间的好方法。反之,分闸时间就减校用此办法,也可对低电压的性能进行调整。
调分闸半轴的扣接量虽然对分闸时间和低电压性能有明显影响但此举必须慎用。分闸半轴的扣接量必须保证在2~4mm之间。扣接量太小会损坏半轴;扣接量太大,低电压下可能脱不开。如果以上办法都达不到要求,可以更换分闸电磁铁。同样的方法,可以
对合闸时间进行调整。
参考文献
[1]王明俊,于尔铿,刘广一.配电系统自动化及其发展,中国电力出版社,1998.1
[2]张冠生.电器学,机械工业出版社,1980.11 |
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