SF6断路器打压异常原因分析及控制回路改进

2011-05-07李乃永庄振福

山东电力高等专科学校学报 2011年1期

李乃永庄振福

济南供电公司山东济南 250012

0 引言

高压断路器的液压机构具有体积小、操作能力大、操作稳定、动作速度快、机械噪声小、本身需要的控制能量小等优点，因此在高压断路器的操作机构获得较为广泛的应用。目前，国内很多变电站的高压断路器大多采用液压操作机构，如平顶山开关厂生产的LW6系列、沈阳开关厂生产的LW18-35断路器等。随着运行时间增长，近期出现了多起液压机构断路器因空气延时头故障导致机构打压异常。在液压机构电机打压控制回路中，延时继电器的主要作用是：在打压过程中，如果打压结束而压力微动开关无法自动断开或是其他机械故障，导致电机不能自动停止打压时，延时继电器经过预先设定的延时切断电机运转回路，停止电机运转。防止电机超时运转而使液压机构管内压力过高发生爆管、元件损坏、电机烧毁等故障发生，保证设备的安全［1-2］。

为此，本文从电机控制回路、空气延时头的动作原理进行分析，查找出因空气延时头故障导致机构打压异常的真正原因，并对控制回路提出改进措施，保证设备安全稳定运行。

1 液压机构电机控制回路分析

1.1 控制回路

各种型号断路器液压机构的电机控制回路不尽完全相同，但原理基本一致，本文以LW6系列断路器液压机构的电机控制回路（如图1所示）为例进行分析［3］。

KP1为电机启动停止压力微动开关,当液压机构压力下降至电机启动压力值时，触点闭合，交流接触器KM线圈得电，其触点闭合，启动电机运转打压，当液压机构压力恢复至额定压力值时，压力微动开关触点打开，接触器线圈失电，其触点打开切断电机运转回路，电机停止运转打压过程结束。KL为电机启动闭锁继电器，用于防止断路器在运行过程中液压机构突然失压时电机运转重新打压造成断路器慢分事故［4-5］。

1.2 空气延时头动作原理

图1中KT为接触器背挂式气囊延时继电器（俗称空气延时头），其动作原理为：当接触器KM线圈通电时，接触器衔铁被铁心吸引时带动空气延时头的机构同时运动，但是活塞杆不能同时跟着接触器的衔铁一起运动，因为活塞杆的上端连着气室中的橡皮膜，当活塞杆在释放弹簧的作用下开始向下运动时，橡皮膜随之向下凹，上面空气室的空气变得稀薄而使活塞杆受到阻尼作用而缓慢下降。经过一定时间，活塞杆下降到一定位置，便通过杠杆推动延时触点动作，使动断触点（如图1中55、56触点）断开，动合触点闭合。从线圈通电到延时触点完成动作，这段时间就是空气延时头的延时时间。延时时间的长短可以靠圆形钮头旋转改变里面的粉末冶金薄片的进气量来调节。

图1 液压机构电机控制回路图

接触器线圈断电后，空气延时头依靠恢复弹簧的作用而复原，空气经出气孔被迅速排出。

1.3 空气延时头的作用及运行现状

空气延时头在电机控制回路中起着极其重要的作用，一旦电机打压超时，其触点准确可靠动作，停止电机运转，可有效防止机构压力过高、电机烧毁等各种事故的发生。如果空气延时头失去作用后，主要有以下三方面危害：

1）通电延时常闭触点（如图1中55、56触点）接触不良：当液压机构压力下降至电机启动压力值时，压力微动开关KP1触点闭合，但由于延时继电器的常闭触点不通从而导致接触KM无法正确动作以及时启动电机运转进行机构建压或补压，这样断路器就没有足够的能量进行合闸、分闸、故障跳闸、重合闸等一系列正常动作，无法保证电网的安全稳定运行。

2）通电延时常闭触点到预先设定的延时时间后不能正常断开；液压机构油泵打压过程中，如果由于压力微动开关触点不能可靠断开、机构机械故障、管路渗漏时，会导致电机超时运转而烧毁、管路压力过高损坏机构部件甚至发生爆缸、爆管等严重后果。

3）通电延时常开触点动作不可靠，会导致误发或无法上传“电机打压超时信号”，因目前绝大多数变电站都为无人值守变电站，站内设备各种信号准确、及时地上传是保证调度员对电网设备运行状态做出准确判断的必要条件。

但目前使用的气囊延时继电器，从目前运行实际情况来看，实现其延时功能的关键部件—气囊由于天气环境温度的变化极易老化发生变硬破裂等问题，一旦气囊破裂或漏气，则无法实现延时来切断电机控制回路以保证电气设备安全的保护功能。从现场实际运行情况来说，该型号的气囊延时继电器的平均使用寿命为两年左右，个别批次的产品甚至不到一年。目前已发生多起因延时继电器气囊老化而导致液压机构不能正常打压或是打压超时等故障。但目前该类型的延时继电器使用量较大，由于受备件、人力等各方面的影响，往往不能及时更换，当延时继电器的通电延时常闭触点接触不良时，为了临时保证液压机构的打压，通常采取将延时继电器的通电延时常闭触点短接，实际上就是去掉了延时继电器对机构的后备保护作用，此时如果液压机构压力微动开关不能发生正确切换停止油泵；为了防止误发“打压超时”信号，通常将延时继电器的通电延时常开触点的二次线解除，这样处理后调度员就无法正确监视设备的运行状态。简而言之，如果不能及时更换故障延时继电器就会引发上述的种种严重后果，严重影响设备的安全稳定运行。

2 解决方法及改进措施

如上所述，针对因延时继电器损坏引起的液压机构打压异常的故障有如下两种解决办法：

1）更换所有运行年限超过两年的背囊式延时继电器，此方法简单、有效，缺点是更换后的继电器随着运行时间的增长会不可避免再次出现空气气囊老化破裂类似故障，不能从根本上消除缺陷。

2）改进目前的电机控制回路。具体改进措施如下：

①将背挂式空气延时头更换为励磁式延时继电器，并将电机启动回路做相应改进。

②电机运转回路增加热敏开关，同时将热敏开关触点接入电机启动回路，电机运转过程中一旦过热，触点立即断开切断电机运转，防止电机绕组及部件过热烧损。改进后的回路如图2所示。

图2 改进后的液压机构电机控制回路图

改进后的液压机构电机控制过程如下：当机构压力下降到电机启动值时，压力微动开关KP1接点闭合，交流接触器KM线圈得电，其触点闭合，励磁延时继电器KT线圈同时得电，由于其接点为通电延时常闭接点（在预先设定的延时时间内，该接点一直闭合），电机开始运转打压，如机构一切正常，等机构压力恢复至电机停止值时，KP1接点断开，接触器失电，电机停止运转，打压过程结束；如遇机构泄漏、机械故障等异常情况，如打压时间过长，则KT经过预先设定的延时后其触点断开切断电机启动回路，停止电机运转，同时其通电延时常开接点闭合上传“电机打压超时”信号；如果电机过热，则热敏开关动作其触点断开切断电机启动回路，停止电机运转。

将电机控制回路改进后，一方面由于励磁式延时继电器基本不受天气冷热变化及环境影响，并且动作可靠、准确度高，因此从根本上消除了由于空气延时头气囊老化破裂引起的液压机构打压故障，避免了经常更换空气延时头的繁琐工作和设备临时停电；同时，由于将电机控制回路加装了过热保护元件，作为电机的后备保护，进一步避免电机烧毁故障，从而可缩短检修人员抢修时间，有利于快速恢复送电，提高了电网供电可靠性。