常用252kV斷路器簡(jiǎn)介

古王榮，王亞峰，段艷麗

（1.西安西電高壓開關(guān)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710018；2.華春建設(shè)工程項(xiàng)目管理有限責(zé)任公司，陜西 西安 710061；3.西安郵電大學(xué)電子工程學(xué)院，陜西 西安 710121）

1 引言

我國(guó)的252kV SF6斷路器產(chǎn)品種類較多，操動(dòng)機(jī)構(gòu)經(jīng)歷了從早期的氣動(dòng)機(jī)構(gòu)到液壓機(jī)構(gòu)，再到現(xiàn)在的彈簧機(jī)構(gòu)、液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)；滅弧結(jié)構(gòu)從原來的壓氣式結(jié)構(gòu)到發(fā)展現(xiàn)在的自能式結(jié)構(gòu)；滅弧室內(nèi)運(yùn)動(dòng)部件從以前的單動(dòng)式到現(xiàn)在的雙動(dòng)式。經(jīng)過不斷的改進(jìn)和發(fā)展，性能也不斷提高，形成了目前這種以自能滅弧式結(jié)構(gòu)配彈簧機(jī)構(gòu)為主的斷路器產(chǎn)品。

LW25－252/T4000－50（以下簡(jiǎn)稱LW25－252）瓷柱式斷路器和LW24－252/T4000－50（以下簡(jiǎn)稱LW24－252）罐式斷路器是目前國(guó)內(nèi)使用量比較大的兩種產(chǎn)品，在此基礎(chǔ)上開發(fā)的LW25A－252/Y4000－50（以下簡(jiǎn)稱LW25A－252）瓷柱式斷路器和LW24－252/Y4000－50－Ⅲ（以下簡(jiǎn)稱LW25－252－Ⅲ）罐式斷路器都為三相機(jī)械聯(lián)動(dòng)。

2 產(chǎn)品基本結(jié)構(gòu)

2.1 外形及結(jié)構(gòu)

LW25－252型瓷柱式高壓SF6斷路器包括三個(gè)完整的單極斷路器，每極斷路器包括滅弧室、支柱、操作機(jī)構(gòu)和支架，外形呈“I”形布置。產(chǎn)品每極配用一臺(tái)CT20－III（X）P彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，每臺(tái)斷路器可以進(jìn)行單極操作，又可以進(jìn)行三極電氣聯(lián)動(dòng)操作，LW25A－252斷路器采用LW25－252的滅弧室，配一臺(tái)CYA6機(jī)構(gòu)帶動(dòng)三相機(jī)械聯(lián)動(dòng)，機(jī)構(gòu)安裝在中相。

LW24－252型高壓SF6斷路器包括三個(gè)完整的單極斷路器，每極斷路器包括滅弧室、互感器、操作機(jī)構(gòu)和支架，外形呈反“π”型布置，產(chǎn)品每極配用一臺(tái)CT20－III（X）T彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，每臺(tái)斷路器可以進(jìn)行單極操作，又可以進(jìn)行三極電氣聯(lián)動(dòng)操作，LW24－252－III斷路器采用LW24－252滅弧室結(jié)構(gòu)，把原來的直動(dòng)密封改進(jìn)為轉(zhuǎn)動(dòng)密封，減少了機(jī)構(gòu)的操作功，采用用一臺(tái)CYA5機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

圖3 LW24－252斷路器

圖4 LW24－252－Ⅲ斷路器

2.2 滅弧室結(jié)構(gòu)及原理

這幾種產(chǎn)品的滅弧室結(jié)構(gòu)基本相同，都采用壓氣+自能式滅弧結(jié)構(gòu)，單斷口、變開距，靜觸頭系統(tǒng)和中間觸頭系統(tǒng)被固定在滅弧室的兩端，動(dòng)觸頭由絕緣拉桿帶動(dòng)在滅弧室中運(yùn)動(dòng)。

在這種混合氣室中，壓氣與熱膨脹在一個(gè)氣室內(nèi)完成，斷路器分閘時(shí)拉桿帶動(dòng)汽缸高速運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)過程中，一方面壓氣缸內(nèi)的SF6氣體被壓縮增壓，另一方面，利用電弧產(chǎn)生能力對(duì)壓氣缸內(nèi)的SF6氣體增壓。分閘過程中，高速的SF6氣體通過噴口將氣體聚集，吹向電弧，以便有效的對(duì)電弧進(jìn)行冷卻。電弧在過零點(diǎn)熄滅，此后只要SF6的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度大于斷口間的電壓回復(fù)強(qiáng)度，電流就被成功開斷。

2.3 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

LW25－252和LW24－252產(chǎn)品由于都是單相操作，所以傳動(dòng)比較簡(jiǎn)單，彈簧機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)滅弧室運(yùn)動(dòng)。

對(duì)于LW25A－252產(chǎn)品由于一般產(chǎn)品的相間距為較大，一般為3～3.5m，機(jī)構(gòu)懸掛在中相，為了避免拉桿由于受壓力產(chǎn)生變形，所以采用雙拉桿結(jié)構(gòu)，LW24－252－Ⅲ斷路器產(chǎn)品設(shè)計(jì)中也采用了雙拉桿結(jié)構(gòu)，由于罐式斷路器機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方向及結(jié)構(gòu)空間限制，設(shè)計(jì)相對(duì)比較困難。

3 斷路器機(jī)構(gòu)

CT20型彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是一種以彈簧為儲(chǔ)能元件的操動(dòng)機(jī)構(gòu)。彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，分合閘操作是通過兩根螺旋彈簧實(shí)現(xiàn)的。彈簧的儲(chǔ)能是借助電動(dòng)機(jī)給合閘彈簧儲(chǔ)能來完成，并通過鎖扣系統(tǒng)保持在儲(chǔ)能狀態(tài)。合閘時(shí)合閘彈簧的能量一部分用來合閘，另一部分用來給分閘彈簧儲(chǔ)能。合閘彈簧一釋放，儲(chǔ)能電機(jī)立即給儲(chǔ)能，儲(chǔ)能時(shí)間一般不超過15s。運(yùn)行時(shí)分合閘彈簧均處于壓縮狀態(tài)，而分閘彈簧的釋放有一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，與合閘彈簧沒有關(guān)系。開斷時(shí)，鎖扣借助磁力脫扣，彈簧釋放能量，經(jīng)過機(jī)械傳動(dòng)單元使觸頭動(dòng)作。這樣的設(shè)計(jì)的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)具有很高的可靠性和穩(wěn)定性。

由于受設(shè)計(jì)技術(shù)及加工工藝限制，液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)在國(guó)外發(fā)展較早，隨著我國(guó)制造加工水平的提高，近年來在國(guó)內(nèi)也逐漸興起。

CYA系列液壓彈簧機(jī)構(gòu)采用碟簧作為儲(chǔ)能元件。儲(chǔ)能時(shí)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵帶動(dòng)貯能模塊（貯壓器）中的活塞壓縮碟簧貯能。貯能到位后，彈簧行程開關(guān)切斷油泵電機(jī)，油泵停轉(zhuǎn)，貯能過程結(jié)束。當(dāng)操作后或泄漏到一定值時(shí)，彈簧行程開關(guān)接通油泵電機(jī)再次補(bǔ)壓到油泵停轉(zhuǎn)位置。

在分閘位置時(shí)，接通合閘電磁閥，換向閥切換至合閘狀態(tài)，常充壓差動(dòng)活塞的底部與高壓油接通，在差動(dòng)原理作用下，快速向上合閘并帶動(dòng)輔助開關(guān)切換，斷開合閘回路，為分閘作好準(zhǔn)備。在合閘位置接到分閘命令，分閘電磁鐵動(dòng)作，換向閥切換至分閘位置，差動(dòng)活塞高壓油通過換向閥連通至低壓油箱，在差動(dòng)活塞上端常高壓的作用下，活塞快速向下運(yùn)動(dòng)分閘，并帶動(dòng)輔助開關(guān)切換，切斷分閘回路，為下次合閘作好準(zhǔn)備。液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)采用兩套防慢分裝置，即使機(jī)構(gòu)意外失壓，也能可靠的防止斷路器出現(xiàn)慢分，這種液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，性能穩(wěn)定，每次的操作分合閘操作時(shí)間可以不超過±1ms。

4 主要技術(shù)參數(shù)

表1

5 產(chǎn)品的主要特點(diǎn)

（1）優(yōu)良的開斷性能。采用自能式滅弧原理，具有優(yōu)越的開斷性能，LW25－252產(chǎn)品在額定0.4MPa時(shí)可開斷50kA。

（2）超強(qiáng)的載流能力。斷路器的觸頭均采用自力型觸頭，接觸可靠，接觸電阻小，觸頭和導(dǎo)體在選材上很講究，導(dǎo)電率很高，接觸電阻小，而且以壓氣缸兼做載流導(dǎo)體，載流截面大，通流能力強(qiáng)。

（3）完善的二次控制和保護(hù)回路。斷路器可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離電控和近距離手控，二次回路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單合理，性能可靠。

（4）運(yùn)輸、安裝簡(jiǎn)單方便。瓷柱式斷路器產(chǎn)品在廠內(nèi)組裝試驗(yàn)完畢以后，解體為本體和機(jī)構(gòu)兩部分，運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，只需將斷路器本體吊裝在支撐框架上，連接好管路和傳動(dòng)連扳，不需要抽真空就可以直接充氣。

（5）運(yùn)行安全可靠、維護(hù)量小。產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)，只需進(jìn)行一般的巡視，定期對(duì)密度計(jì)進(jìn)行檢查。

6 其他改進(jìn)型產(chǎn)品

6.1 產(chǎn)品安裝基礎(chǔ)改進(jìn)

由于國(guó)網(wǎng)公司為了提高各個(gè)供應(yīng)商產(chǎn)品的安裝的通用性，對(duì)高壓電器產(chǎn)品的基礎(chǔ)進(jìn)行了統(tǒng)一要求，所以對(duì)產(chǎn)品的安裝基礎(chǔ)進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)。

圖6 改進(jìn)后的LW25－252斷路器

6.2 適用特殊環(huán)境溫地區(qū)的產(chǎn)品

252kV產(chǎn)品一般氣壓為0.6MPa，為了防止低溫地區(qū)SF6氣體液化，對(duì)于罐式斷路器產(chǎn)品，最早的LW24－252產(chǎn)品采用纏裹加熱帶的方法，但是由于該方案比較繁瑣，所以開發(fā)了LW24－252（H）采用SF6+CF4作為絕緣介質(zhì)，可以滿足－45℃環(huán)境需要。

圖7 LW24－252斷路器（帶加熱裝置）

當(dāng)LW25－252額定氣壓為0.4 MPa（閉鎖氣壓0.3 MPa）時(shí)，也可以滿足開斷電流50kA要求，所以在東北寒冷地區(qū)采用降低氣壓的方法。

6.3 大容量產(chǎn)品

常規(guī)的252kV斷路器開斷電流為50kA，額定電流為4000A，隨著國(guó)家電網(wǎng)的快速發(fā)展，對(duì)252kV斷路器的開斷容量不斷提高，已經(jīng)有開斷電流63 kA的要求，LW15B－252/Y5000－63瓷柱式斷路器產(chǎn)品正是為滿足這一要求開發(fā)設(shè)計(jì)的，已經(jīng)在寧夏賀蘭山等工程應(yīng)用。

6.4 雙動(dòng)式斷路器

雙動(dòng)式斷路器是近年來興起的一種斷路器，LW36－252就是其中的一種，該斷路器關(guān)合、開斷時(shí)它的動(dòng)靜觸頭同時(shí)向相反方向移動(dòng)，這樣可以減少機(jī)構(gòu)的操作功，有利于提高產(chǎn)品整體可靠性。

6.5 大功率彈簧機(jī)構(gòu)的開發(fā)

液壓機(jī)構(gòu)雖然有比較多的優(yōu)點(diǎn)，但是由于設(shè)計(jì)、制造難度比較大，選材要求比較高，所以成本較高，大功率彈簧機(jī)構(gòu)研究，將成為液壓彈簧機(jī)構(gòu)的替代品，因?yàn)閺椈蓹C(jī)構(gòu)固有的可靠性及免維護(hù)性，再加上成本較低，252kV三相機(jī)械聯(lián)動(dòng)產(chǎn)品能夠配彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，將成為產(chǎn)品的一大特點(diǎn)。

6.6 產(chǎn)品的在線檢測(cè)及智能化

為了隨時(shí)掌握斷路器的運(yùn)行情況，需要對(duì)產(chǎn)品的SF6氣體、分合閘等狀態(tài)進(jìn)行在線檢測(cè)分析，隨時(shí)掌握產(chǎn)品的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于可能出現(xiàn)的問題可以做到提前預(yù)防、及時(shí)阻止。

7 結(jié)語

252kV斷路器產(chǎn)品雖然市場(chǎng)需求量比較大，但是由于制造廠家較多，競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，除了開發(fā)具有常規(guī)功能的產(chǎn)品外，尋求高可靠性、低成本的差異化設(shè)計(jì)，將是產(chǎn)品發(fā)展的必由之路。

［1］徐國(guó)政，張節(jié)容，錢家驪，等.高壓斷路器原理和應(yīng)用［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2000.

［2］林辛.現(xiàn)代高壓電器技術(shù)［M］.2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.4.

［3］黎斌.SF6高壓電器設(shè)計(jì)［M］.3版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.