10 kV真空断路器的合闸过量分析

引言

在我国电力行业发展的进程中,10kV真空断路器作为电力系统中重要设备,其技术研究及发展历史相对较短,造成在系统运行中的10kV真空断路器故障率会高于其他电力设备。本文通过对运行中发生故障的10kV真空断路器进行故障分析,探讨VS1型10kV真空断路器的开距和超程异常的故障原因及改进方法。

110kV真空断路器简介

额定开距是指真空断路器在分闸位置时,断路器的动触头与静触头之间的最短距离。断路器开合电流能力及机械使用寿命由额定开距的大小决定。在一些需要频繁开合电流的场合,断路器的额定开距会相对偏小,例如需配合频繁投切电容器组的断路器,但绝缘强度会因此而降低:需要绝缘强度大、能开断短路电流、承受瞬态恢复电压的场合,真空断路器开距宜选择得大一点,但根据巴申定律过大的开距并不会显著增强真空灭弧室的绝缘强度,相反,只会增加操作机构的操作功以及对波纹管的冲击力,从而造成机械寿命的缩短。

额定超程是指真空断路器达到刚合状态后,压力弹簧继续压紧动触头而动作的压缩行程。适配的超程能保证断路器的动触头与静触头在运行时拥有符合运行要求的接触压力,降低设备运行风险:同时也能减小合闸弹跳,减少断路器在关合电流时产生的触头损伤:能使分闸弹簧更早地参与分闸运动,提高刚分速度,加快真空泡内部的燃弧,提高短路电流开断能力。如超程偏小,合闸时动静触头的接触压力就会不够,容易出现合闸弹跳且造成触头损伤,从而影响设备的使用寿命:过大的超程则会增加断路器在合闸时触头之间的碰撞力度,从而影响合闸的稳定性。

10kV真空断路器采用平面布置的弹簧操动机构,该操动机构置于灭弧室前的机箱内,机箱被4块中间隔板分成5个装配空间,其间分别装有操动部分、储能部分、传动部分、脱扣部分和缓冲部分。

210kV真空断路器开距及超程测量

2020年9月29日,某变电站#1电容器组571DR断路器(森源VS1机构)出现合闸过量现象,测量数据如表1所示,对该断路器进行故障排查及分析检修。

3合闸过量故障排查

(1)检查真空泡上桩连接导体是否存在变形现象,检查上导体和绝缘筒连接是否可靠,固定位置是否存在虚接,暂无发现,可排除。

(2)针对绝缘拉杆压力进行测试,不排除绝缘拉杆长时间使用后发生变化,也可能存在质量问题导致绝缘拉杆内部弹簧压力不足等等,故将返白云电器的断路器绝缘子拉杆拆出进行压力测试,如表2所示。1250/3.15kA压力范围值为(3100±200)N,经测试可排除绝缘拉杆问题。

(3)检查机构传动主轴拐臂、连板、连接拉杆拐臂的连接配合是否库存虚位或间隙过大,暂无发现,可排除。

4合闸过量故障分析

早期Vsl断路器机构的设计几乎全国统一,差异并不大。早期的Vsl断路器机构均没有合闸限位,后期的产品普遍都有增加(图1)。机构调试到最佳状态范围值内,机构其他部件不出现异常的情况下,可以考虑不加合闸限位。

本文所述发生合闸过量现象的10kV真空断路器没有合闸限位,如有合闸限位可能就不会出现过量现象。现判断故障点是机构传动主轴拐臂、连板、连接拉杆拐臂之间的配合存在问题,如图2所示。

结合森源提供的主轴拐臂、连接拉杆拐臂图纸进行模拟,并以白云Vsl产品图纸进行对比,计算出主轴拐臂和连板之间的角度差,如表3所示。

根据以上数据对比分析,主轴拐臂孔距36mm,比国产少2mm,连接拉杆拐臂103.5mm,比国产多3.5mm,主轴拐臂和连板角度仅129,比国产少49,导致主轴拐臂和连板接近呈直线,无法形成较大的角度:加上机构合闸没有限位装置,当机构传动合闸时储能释放能量较大,分闸弹簧拉开产生拉力,最终导致合闸时容易出现过冲现象。

5合闸过量解决方法

主轴拐臂孔距36mm不作更改(避免拆装机构主轴),连板孔距53mm不作更改,将连接拉杆拐臂原103.5mm孔距改为100mm,增大主轴拐臂和连板之间的角度,原129改为159,如图3所示。

增加合闸限位装置,避免机构出现合闸过量现象。在断路器框架外部做增加较为方便,也有利于调节限位量,如图4所示。现有机构内部钻孔增加限位装置,较难实现可调节限位,还可能存在钻孔偏差大的问题,定位钻孔时需将绝缘筒拆下才能进行。

图4 外部限位装置方案图

6结语

本文通过对VS1型10kV真空断路器的合闸过量问题进行分析,提出两种因开距和超程异常造成故障的解决方案,在10kV真空断路器大修的情况下可以适当考虑。该思路通用于不同型号的10kV真空断路器,可避免同类型问题造成断路器无法正常开合电流的情况发生,对于确保10kV真空断路器健康稳定运行,保证生产和生活供电可靠性具有重大意义。