永磁真空斷路器的研究與應用

（山東鋼鐵萊蕪分公司能源動力廠，山東 萊蕪 271104）

永磁真空斷路器的研究與應用

代永恒

（山東鋼鐵萊蕪分公司能源動力廠，山東 萊蕪 271104）

本文針對永磁真空斷路器操動機構(gòu)機械方面故障多；電氣元件燒毀頻繁；滅弧性能、分閘速度不達要求，系統(tǒng)波動大等問題，在制氧變電站首先開展了永磁真空斷路器的應用改造。在改造中解決了開關柜新舊設備結(jié)合困難、防跳回路不匹配等問題，改善了斷路器的技術性能，提高了斷路器的分合閘速度，提高了斷路器動作的可靠性，保證了供電系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

斷路器；研究；應用

高壓斷路器是供電系統(tǒng)中最關鍵的設備，擔負著控制和保護的雙重任務，其性能的穩(wěn)定性關系到電力系統(tǒng)的能否安全運行。真空斷路器憑借真空滅弧室良好的開斷特性，使得斷路器的電氣壽命和機械壽命大大增加，目前被廣泛應用變配電設備中。運行中常出現(xiàn)真空斷路器不能正常分、合閘的情況，有的是電氣回路方面的故障，但很多是操動機構(gòu)內(nèi)部的機械故障。查找和處理此類故障往往要花費大量的時間，影響了設備正常供電的時間，有時還會燒壞元器件，造成設備維修費用的增加。如果出現(xiàn)斷路器的拒動經(jīng)常給系統(tǒng)的正常運行及生產(chǎn)帶來危害。

1 設備現(xiàn)狀

1.1 電磁操動機構(gòu)

應用最早的操動機構(gòu)是電磁操動機構(gòu)。缺點是合閘線圈功率大，配套的電源設備價格高；結(jié)構(gòu)笨重，不利于小型化及電網(wǎng)自動化。

1.2 彈簧操動機構(gòu)

彈簧操動機構(gòu)大致分為彈簧儲能、儲能維持、合閘與分閘維持、分閘四個部分。不足之處是：因完全依靠機械傳動，機構(gòu)和制造工藝復雜，障源較多，零件數(shù)量約200個，運動部件數(shù)量多且要求加工精度高，滑動摩擦面多且都在關鍵部位，以致機構(gòu)的可靠性不易保證，運行容易引起機械故障而導致開關操作失誤，機械故障約占設備故障中的70%～90%。

2 需要解決的技術難點

2.1 機械方面

在使用以上兩種操動機構(gòu)時，經(jīng)常出現(xiàn)的機械故障有斷路器動作后機構(gòu)不復位、機構(gòu)傳動連桿松動或銷軸脫落、合閘或分閘鐵芯卡澀、分閘鎖鉤未鉤住、連桿機構(gòu)調(diào)整未越過死點等多種情況。

2.2 電氣方面

經(jīng)常出現(xiàn)的電氣故障有分合閘觸點粘連或無法斷開、防跳繼電器失靈無法及時斷開分合閘、斷路器的輔助觸點無法打開、儲能限位開關不到位等，在繼電保護自動裝置啟動后，可能出現(xiàn)合閘或分閘線圈因過熱而冒煙，使得分合閘線圈的帶電時間過長而造成線圈過熱而燒毀、儲能電機燒毀等。

2.3 滅弧方面

系統(tǒng)短路事故發(fā)生有大電流時，出現(xiàn)由于斷路器分閘速度有限不能及時切斷故障電流，而發(fā)生斷路器爆炸的事故，擴大了供電系統(tǒng)的事故受害范圍，增加了事故處理難度。供電系統(tǒng)中帶有許多大型電動機、發(fā)電機等電動設備，當系統(tǒng)發(fā)生短路故障系統(tǒng)出現(xiàn)低電壓時，電動設備會保護跳閘，而此類電動設備待系統(tǒng)恢復送電后，受工藝影響在短時間內(nèi)無法直接啟動，這就造成了整個生產(chǎn)工序的停滯，影響面極大。

圖1 為永磁真空斷路器的操動機構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

3 優(yōu)化措施

3.1 高壓真空斷路器改造

制氧變電站35kV開關柜型號為XGN17A-40.5，原斷路器是ZN12-35型真空斷路器，配用CT17型彈簧操動機構(gòu)。自投運以來，多次出現(xiàn)操動機構(gòu)合不上閘或跳不開，燒毀分合閘線圈的故障，經(jīng)過多次調(diào)整機構(gòu)的元件，仍不能從根本上解決問題，給正常的供電運行帶來安全隱患。經(jīng)過研究考察，根據(jù)制氧變電站設備實際情況，選用了YDDMB-40.5型永磁真空斷路器。利用電氣設備清掃停電機會，將原斷路器拆除，更換為永磁真空斷路器。由于制氧變電站35kV斷路器屬于固定式安裝方式，開關柜內(nèi)上下連接有刀閘、電流互感器、避雷器、出線電纜等多種設備，將原斷路器拆除后，新的斷路器的安裝尺寸與之相差較多，安裝難度非常大。供電車間根據(jù)新斷路器和開關柜的空間情況，自己設計制作了斷路器底座支架，將斷路器順利的搬運安裝到了原位置。安裝后原隔離開關連桿與新斷路器帶電部分絕緣距離達不到標準要求，供電車間經(jīng)過現(xiàn)場測量和設計，將隔離開關的傳動機構(gòu)進行了改造，調(diào)整了連桿與傳動軸的連接尺寸，在保證隔離開關觸頭開距、觸頭壓力的情況下，拉開了隔離開關連桿與斷路器之間的間隙，并且在母排的外面安裝了絕緣護套，有效地保證了安全的絕緣距離。

3.2 電氣回路改造

為保證新斷路器電氣回路與原微機保護裝置的控制回路匹配，保證動作可靠性，在防跳回路進行改造。原微機保護裝置存在一套防跳回路，新斷路器也有一套防跳回路。在雙重防跳回路的情況下，兩種防跳回路之間的配合容易出現(xiàn)問題，會導致斷路器防跳失敗或者斷路器跳開后無法再次合閘。

3.3 完善五防閉鎖系統(tǒng)

在此次斷路器改造過程中，對高壓開關柜內(nèi)的五防閉鎖功同時進行了完善和升級，使得設備運行、人員操作更加安全。增加了隔離開關電氣閉鎖和機械閉鎖功能，防止帶負荷操作隔離開關的情況。將新斷路器的接點串入隔離開關操作把手的電磁鎖中，當斷路器在合閘位置時電磁鎖的電源會斷開，從而阻止隔離開關的任何操作。將新斷路器的跳閘機構(gòu)經(jīng)傳動軸與連桿連接在一起，接入開關柜的防誤閉鎖操作把手，如隔離開關操作，連桿會帶動斷路器直接跳閘，確保不會發(fā)生帶負荷操作的情況。

結(jié)論

永磁式真空斷路器經(jīng)過周密設計方案，改造后取得了良好效果，供電系統(tǒng)更加穩(wěn)定。永磁真空斷路器的研究與應用，使斷路器的合閘、分閘更加可靠、穩(wěn)定，不需要頻繁調(diào)整操動機構(gòu)的元件匹配尺寸，維護量大大減少。永磁操動機構(gòu)無機械脫、鎖扣裝置，使機械動作的可靠性提高。

[1]李志瑛.永磁真空斷路器研究與應[J].中國科技縱橫，2013（16）:123.

[2]黃燁青.低壓永磁真空斷路器的控制及通信設計[J].低壓電器，2013（09）.

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