高壓大電流斷路器冷卻風機大氣壓差風量監控裝置的改進

張力游

（深圳市奇輝電氣有限公司，廣東 深圳 518029）

1 引言

在設計制造10kV系統KYN□系列金屬封閉移開式開關柜和 XGN□系列金屬封閉固定式開關柜時，4000A大電流斷路器均要求采用強制風冷。當斷路器電流達到額定電流4000A的70%以上時，貫流式風機將由電流繼電器控制啟動，對斷路器進行強制排風，以降低斷路器溫度。在風機運行過程中需對風機進行監控，一旦發現風量降低或為零（其原因可能是風機停轉，進風口堵塞等），系統應馬上報警，變電站操作者應將斷路器電流控制在 3150A以下，直至風機故障排除。

目前，高壓 4000A大電流斷路器冷卻風機的可靠監控一直是困擾大電流開關柜的一個設計難題，4000A大電流斷路器在運行中如果沒有對風機進行有效監控，一但出現貫流風機故障而沒有及時發現，將引起斷路器溫升過高，從而降低使用壽命，嚴重時將引起斷路器燒毀，影響電網正常運行，產生的經濟損失是不可估量的。直接損失將達到10萬元以上。

現有的一般做法是對風機采用 ABB機械監控裝置，此裝置采用風帆式微動開關，在微動開關轉軸上加一塊與風向垂直的葉片，通過風力使葉片轉動進而使開關動作，當無風或風弱時因彈力作用使微動開關復位，達到報警的目的。不過此裝置還存在以下一些不足之處，由于葉片與微動開關間采用的是鋼絲連接，在風力作用下會變形，所以可靠性和穩定性較差，制作工藝也難于保證，風機正常運轉而報警裝置已報警，或風機停轉了監控裝置不報警的情況時有發生；另外由于葉片的作用使風道上增加了阻力，因此會減少冷卻風量。

2 解決思路

根據空氣動力學原理，設計出采用大氣壓差開關做為主要元件的高壓4000A大電流斷路器冷卻風機大氣壓差風量監控裝置，通過氣流引起的大氣氣壓差使開關動作，從而起到對斷路器的保護作用。此裝置克服了機械監控裝置的缺點：由于測風管口只是一段 Φ5×30mm的塑膠管，其大氣氣壓差監控裝置放在風槽外面，對風道口風量基本沒有影響；因采用空氣動力學原理，沒有機械力傳遞，大大提高了監控裝置的可靠性和穩定性，提高了產品質量和綜合性能；為高壓大電流斷路器的穩定運行提供了可靠保證，降低了電力系統事故停電隱患。同時，ABB公司設計制作的風帆式微動開關，采購價在2500元以上，而本裝置造價只有幾百元，是 ABB公司的五分之一，取得了良好的效果。

3 實施方式（見圖1）

圖1 壓差監控裝置布置示意圖

高壓4000A大電流斷路器冷卻風機大氣壓差風量監控裝置安裝在開關柜體（10）內用于監控高壓大電流斷路器（12）的冷卻風機（13）的風量。大氣壓差風量監控裝置（20）由大氣壓差開關（21）、測風管口（22）、常壓管口和軟管（24）組成，將測風管口（22）安裝在主風道（11）上，壓差開關（21）安裝在主風道外的開關柜體（10）上或高壓開關柜外或高壓開關儀表室內，用于方便觀察和調節壓差，主風道（11）還設有防塵口（14）和防爆板（15），大氣壓差開關與測風口和常壓管口之間通過軟管（24）相互連接。

4 工作原理

根據空氣動力學原理，當有氣流流經裝有液體的U型管中的一個管口，而另一個管口沒有氣流通過時，由于氣流的作用將在U型管中產生一個大氣壓差，使有氣流流過的這端管口的液面低于另一端管口的液面。本大氣壓差監控裝置正是按照此原理設計的。

壓差開關是一種能感測空氣流量、空氣壓力或空氣壓差的微壓差儀表，壓差開關的控制范圍為20～4000pa。其由兩個傳感孔檢測到的壓差，作用于控制器薄膜的兩面。當兩側壓差大于設定值，彈簧承托的薄膜移動并啟動開關。將測風管口安裝在貫流風機的出風口，而將常壓管口安裝在風道外部。貫流風機啟動時，氣流將在測風管口與常壓管口之間產生一個大氣壓差，這個大氣壓差將使壓差裝置內被密封的薄膜動點向低氣壓方向移動，薄膜動點將通過金屬杠桿使微動開關動作；當沒有氣流通過測風管口時，測風管口與常壓管口之間無大氣壓差，薄膜動點恢復正常，微動開關不動作。此裝置可根據要求對大氣壓差值進行調節，從而可以對風力不足的情況也給予監測，非常方便（見圖1）。

5 電氣動作過程

當斷路器電流達到額定電流4000A的70%以上時，貫流式風機將由電流繼電器LJ控制啟動（見圖二：壓差監控裝置電氣控制原理圖），電流繼電器LJ同時啟動中間繼電器KC1，KC1常開觸點動作使A11點與電源導通，為風機停風報警做準備。此時已有氣流從裝置的測風口流過，在測風管口與常壓管口之間有大氣壓差，從而帶動微動開關動作，使常閉點開關FAK斷開，聲光報警裝DL、DX失電，表示貫流風機在正常運行中。

一但出現斷路器工作電流在2800A以上，而貫流風機沒有工作或風力減少，測風管口與常壓管口之間沒有大氣壓差或大氣壓差過小，裝置內氣囊動點恢復正常，微動開關不動作，常閉點開關FAK閉合。此時由于KC17常開觸點處于閉合狀態，故將觸發報警裝置產生聲光報警，提醒變電站操作者及時處理，達到保護斷路器和電網正常運行的目的。

6 結構特點及工藝要求

本裝置結構簡單：主要由大氣壓差開關、測風管口、常壓管口和連接軟管組成。大氣壓差開關可根據風力要求將大氣壓差值在20～200Pa之間進行調整，其大氣壓差調節步長為10Pa。

安裝方便：將測風管口安裝在主風道上，壓差開關可根據情況安裝在主風道上或風道外的開關柜體上，也可裝于高壓開關柜外或儀表室內，以方便觀察和調節壓差。如壓差開關安裝在主風道上則必須用軟管將常壓管口引到風道外部，否則將不能產生大氣壓差。

工藝要求：測風管口必須用金屬架固定牢固，安裝時應注意測風管口與風道方向保持一致；連接軟管應通過萬能膠等保持與壓差開關、測風管口、常壓管口的可靠連接。

其它要求：風道四周要保證密封，防止風量泄漏；必須保證通風通道的順暢，風機進風口、底盤通風口、斷路器絕緣筒上風口、下風口不能堵塞。

7 經濟分析

沒有監控裝置時，一但出現貫流風機故障而沒有及時發現，將引起斷路器溫升過高，從而降低使用壽命。嚴重時將引起斷路器燒毀，影響電網正常運行，產生的經濟損失是不可估量的，直接損失將達到1萬元以上。

ABB公司設計制作的風帆式微動開關，采購價在2500元以上，而本裝置造價只有幾百元，是ABB公司的五分之一。

8 執行標準

（1）GB/T 11022-1999：高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求。

（2）GB 3906-2006：3.6～40.5kV 交流金屬封閉開關設備和控制設備。

（3）GB 7251-2005：低壓成套開關設備和控制設備。

圖2