摘 要 本文概述了斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的分類,介紹了CT17-35操動(dòng)機(jī)構(gòu)的技術(shù)特性,闡述了其在應(yīng)用中的調(diào)試方法,展望了永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的發(fā)展動(dòng)態(tài)。
關(guān)鍵詞 操動(dòng)機(jī)構(gòu) 調(diào)試 發(fā)展動(dòng)態(tài)
1 斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)
斷路器由三部分組成滅弧室:斷路器機(jī)架、操動(dòng)機(jī)構(gòu)。作為斷路器主要部件的斷路器本體,它的功能是切斷負(fù)載或短路電流。按其滅弧所采用的介質(zhì)來(lái)分,可分為油斷路器,真空斷路器和SFK斷路器。操動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能是通過(guò)電動(dòng)方式或手動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)斷路器觸頭的開(kāi)合及滿足觸頭開(kāi)合特性的各種要求。因此,雖然操動(dòng)機(jī)構(gòu)在斷路器總造價(jià)中占較低的比率,但其在斷路器的開(kāi)合特性起著至關(guān)重要的位置。
就真空斷路器而言目前真空技術(shù)已經(jīng)比較完善,它的平均無(wú)故障時(shí)間能夠達(dá)到25年,然而在實(shí)際運(yùn)行中,配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備的可靠性卻并不樂(lè)觀,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于真空無(wú)弧室已達(dá)到的可靠性水平口統(tǒng)計(jì)資料表明:設(shè)備故障中有70%~90%以上為操動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械故障。傳統(tǒng)的真空斷路器其操動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是電動(dòng)彈簧機(jī)構(gòu)和電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)。對(duì)于機(jī)械電動(dòng)彈簧機(jī)構(gòu),它所暴露出來(lái)的缺點(diǎn)是機(jī)械結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,零件數(shù)量多,且要求加工精度高,制造工藝復(fù)雜,成本高,產(chǎn)品的可靠性不易保證。對(duì)于電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu),其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和工作可靠性比電動(dòng)彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)要有所改善,但其致命的問(wèn)題是合閘線圈消耗功率太大,要求配置價(jià)格昂貴的蓄電池組以及電磁機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)笨重。
從國(guó)外的產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)看lOKV以下的真空斷路器還是以采用電磁機(jī)構(gòu)為主而1OKV以上的真空斷路器以采用電動(dòng)彈簧機(jī)構(gòu)為主。而新型的永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)正在研制中,并已成了世界各國(guó)開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)o永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的顯著優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單零部件少,可靠性高及操作能耗校當(dāng)其與真空斷路器配合使用,組成自動(dòng)重合器系統(tǒng),應(yīng)用于變電站(開(kāi)關(guān)柜)和柱上開(kāi)關(guān),使配電網(wǎng)的可靠性和自動(dòng)化程度有很大提高。在歐洲市場(chǎng)已出現(xiàn)以電池作為操作能源,可10年免維護(hù)的永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)。
根據(jù)專家的估計(jì),國(guó)際上這一領(lǐng)域內(nèi)系統(tǒng)的理論還遠(yuǎn)未成熟,還有許多實(shí)驗(yàn)研究工作要做。國(guó)內(nèi)的理論及實(shí)驗(yàn)研究工作才剛剛起步。因此這種新材料、新工藝及新原理,使真空斷路器的磁力驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)低能耗,高可靠性的永磁操作動(dòng)機(jī)構(gòu)的研究發(fā)展前景及市場(chǎng)前景將是十分可觀。
在國(guó)內(nèi)隨著真空斷路器的迅速發(fā)展,對(duì)配套使用的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)有了更高的要求。CT8是我國(guó)開(kāi)發(fā)研制的第一代彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)品,在此基礎(chǔ)上,衍生出CT10、CT12等彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu),得到了廣泛的推廣使用。20世紀(jì)70~80年代我國(guó)還沒(méi)有適合于真空斷路器使用的長(zhǎng)壽命彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)。1992年以后發(fā)展了幾種長(zhǎng)壽命彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)我國(guó)開(kāi)發(fā)第二代CT17、CT19等新-代彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)。它們的輸出特性與真空斷路器的反力特性有較好的匹配輸出功能滿足大容量真空斷路器的要求,機(jī)械壽命已達(dá)到30000次。2CT17-35的結(jié)構(gòu)與性能CT17-35是新一代彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu),專門用于35kV真空斷路器。它的設(shè)計(jì)思路與1OKV真空斷路器配用的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)CT17結(jié)構(gòu)基本相同,主要技術(shù)特性如下:
(1)合閘功率:350~500J,連續(xù)可調(diào),能滿足不同斷路器對(duì)輸出功的要求。
(2)機(jī)構(gòu)壽命:10000次。
(3)安裝方式:可正裝、倒裝或任意方向安裝。
(4)儲(chǔ)能系統(tǒng):齒輪傳動(dòng),承受沖擊負(fù)荷能力強(qiáng),運(yùn)行平穩(wěn),噪聲小,壽命長(zhǎng)。所需電機(jī)功率僅200W,可靠性高。
(5)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng):對(duì)稱餃鏈,受力均勻,磨損校
(6)合分脫扣系統(tǒng):采用半軸搭扣和解鎖形式。扣接牢靠,解鎖方便。合分所需功率小,合分電流校
(7)輔助開(kāi)關(guān):輔助開(kāi)關(guān)傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行角度小,遠(yuǎn)離死區(qū),轉(zhuǎn)角連續(xù)可調(diào),容易調(diào)至最佳狀態(tài)。
(8)行程開(kāi)關(guān):采用LXW型,接點(diǎn)容量大,可用其直接切換儲(chǔ)能電機(jī)。有直流滅弧裝置。
(9)負(fù)載特性:因其專為35kV真空斷路器設(shè)計(jì),與負(fù)載匹配良好,合分省力,速度可調(diào)范圍大。
(10)欠壓脫扣方式:拋棄繁瑣的機(jī)械系統(tǒng),采用電氣方式,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠,有新意。
3 CT17-35的安裝調(diào)試
CT17-35機(jī)構(gòu)安裝就位后與斷路器的連接必須在"已儲(chǔ)能"和"分閘"狀態(tài)下進(jìn)行。機(jī)構(gòu)在儲(chǔ)運(yùn)中,一般是"未儲(chǔ)能和合閘"狀態(tài)。所以在與斷路器連接前,先手動(dòng)儲(chǔ)能,再用慢分扳手套在輸出軸的外六方上,手按分閘按鈕,順時(shí)針?lè)较虬鈩?dòng)輸出軸,機(jī)構(gòu)分開(kāi)了。當(dāng)確認(rèn)機(jī)構(gòu)為"已儲(chǔ)能"和"分閘"狀態(tài)后,用連桿將機(jī)構(gòu)輸出軸上的拐臂與斷路器大軸拐臂連接,使連桿上下、前后、左右都有一定的活動(dòng)間隙,用手輕晃連桿,感到靈活自如。若在"未儲(chǔ)能"與"分閘"狀態(tài)下連接連桿,這樣極易造成連桿長(zhǎng)度不合適。
另外,要求機(jī)構(gòu)安裝的基面要平整,否則引起機(jī)構(gòu)夾板扭曲變形,造成合閘摯子軸或合閘半軸轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活,有可能使彈簧儲(chǔ)能后保持不祝機(jī)構(gòu)與斷路器連好以后,先手動(dòng)合分幾次,當(dāng)確認(rèn)手動(dòng)合分正常后,再通電試驗(yàn)。
機(jī)構(gòu)調(diào)整的主要內(nèi)容有:連桿長(zhǎng)度調(diào)整;合閘功的調(diào)整;輔助開(kāi)關(guān)微調(diào);行程開(kāi)關(guān)微調(diào)。這些都是機(jī)構(gòu)與斷路器連接后必須調(diào)整的。機(jī)構(gòu)出廠時(shí)雖然已經(jīng)調(diào)整,但以上各項(xiàng)的狀態(tài)不可能對(duì)每一臺(tái)斷路器都很合適。
3.1 聯(lián)調(diào)中問(wèn)題的分析
在與斷路器聯(lián)調(diào)中,針對(duì)"合不上"(即合閘命令發(fā)出了,斷路器最終沒(méi)有閉合)問(wèn)題。該問(wèn)題包含了兩種過(guò)程截然不同而最終結(jié)果完全一樣的情況。一種是機(jī)構(gòu)完成了合閘操作,而斷路器大軸沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng),即機(jī)構(gòu)出現(xiàn)了一次空的沒(méi)有帶動(dòng)負(fù)載的合閘過(guò)程,叫做"空合"。另一種是機(jī)構(gòu)合閘過(guò)程完成了,斷路器也合上了,但斷路器在瞬間改變了狀態(tài),又回到了分閘位置,叫做"合空"。在調(diào)試過(guò)程中要認(rèn)真區(qū)分兩種情況,找出各自的原因。
"空合"的原因是斷路器與機(jī)構(gòu)的連桿長(zhǎng)度不合適,引起機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)不對(duì)。如果連桿過(guò)短,迫使機(jī)構(gòu)的凸輪連桿工作位置不對(duì),這時(shí)滾子在合閘凸輪凹槽的右上方,從機(jī)構(gòu)正面觀察,在"儲(chǔ)能"、"分閘"時(shí),扇形板藏匿在分閘半軸內(nèi)。當(dāng)合閘命令發(fā)出后,合閘凸輪在儲(chǔ)能彈簧收縮力的作用下,滾子右移,直連板不能驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出拐臂順時(shí)針旋轉(zhuǎn),因而連桿未動(dòng),斷路器也未動(dòng),只是機(jī)構(gòu)空合一次。"空合"對(duì)機(jī)構(gòu)的危害很大,此時(shí)合閘彈簧的能量都消耗在機(jī)構(gòu)內(nèi)部。
連桿過(guò)長(zhǎng)也會(huì)使機(jī)構(gòu)"空合"。當(dāng)機(jī)構(gòu)正裝時(shí),容易因連桿過(guò)短而"空合",機(jī)構(gòu)倒裝時(shí),容易因連桿過(guò)長(zhǎng)而"空合"。為了減少此類事情的發(fā)生,斷路器與機(jī)構(gòu)連接時(shí),必須在"分閘"、"已儲(chǔ)能"狀態(tài)下,保證扇形板復(fù)位到底。
"合空"的產(chǎn)生是在合閘過(guò)程中或合閘以后,機(jī)構(gòu)上某些零件與分閘半軸發(fā)生了干涉如:合閘凸輪或其上附件碰了分閘半軸的扭簧·或儲(chǔ)能彈簧在收縮過(guò)程中,因擺動(dòng)碰了分閘半軸上的頂板,產(chǎn)生剛合即分的過(guò)程。這種問(wèn)題的解決,當(dāng)然是仔細(xì)觀察,排除干涉。
機(jī)構(gòu)的合閘過(guò)程很快常�？床磺鍞嗦菲鞯降资菦](méi)有閉合,還是合上后又分開(kāi)了。分不清是"空合"還是"合空"。這時(shí),我們可以借助于下面的辦法來(lái)判斷:只要機(jī)構(gòu)在"分閘"、"已儲(chǔ)能"狀態(tài)下,扇形板沒(méi)有復(fù)位好,就是"空合";若扇形板復(fù)位良好,則仔細(xì)觀察或手摸分閘半軸,在合閘過(guò)程中,分閘半軸有轉(zhuǎn)動(dòng),就是“合空”。
3.2 斷路器開(kāi)距與起行程的調(diào)整
設(shè)斷路器拐臂長(zhǎng)度為L(zhǎng)l,轉(zhuǎn)角為α1;機(jī)構(gòu)的輸出拐臂長(zhǎng)度為14,轉(zhuǎn)角為α2，它們應(yīng)該滿足如下關(guān)系式α1Ll=α2L2
CT17-35的輸出拐臂轉(zhuǎn)角為40°～50°,配不同的斷路器,輸出拐臂的長(zhǎng)度不同。目前有120mm、11Omm、104mm、58mm等幾種。如果用CT17-35配新設(shè)計(jì)的斷路器,請(qǐng)根據(jù)機(jī)構(gòu)已有的輸出拐臂的長(zhǎng)度及40OJ00的轉(zhuǎn)角,用上述關(guān)系式計(jì)算出斷路器的拐臂長(zhǎng)度,以減少機(jī)構(gòu)輸出拐臂的種類。
在滿足上述關(guān)系式的前提下,斷路器開(kāi)距與超行程的調(diào)整并不困難o有時(shí)會(huì)遇到開(kāi)距超行程十分難調(diào),應(yīng)先復(fù)核一下上述關(guān)系式是否滿足。
在調(diào)試中,有時(shí)用改變連桿長(zhǎng)度的辦法調(diào)整超行程,這是比較簡(jiǎn)便又行之有效的。但是,必須保證斷路器可靠合分。如果連桿過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短,則會(huì)出現(xiàn)前面所說(shuō)的"空合"。當(dāng)改變連桿長(zhǎng)度影響斷路器可靠合分時(shí)必須通過(guò)調(diào)整斷路器絕緣拉桿、油緩沖或橡皮墊來(lái)調(diào)開(kāi)距、超行程。開(kāi)距、超行程的測(cè)量必須在合分到位的條件下進(jìn)行否則測(cè)量結(jié)果不對(duì)。
3.3 合分閘速度的調(diào)整
在合閘過(guò)程中,儲(chǔ)能彈簧的能量,一部分克服阻力,產(chǎn)生加速度,使斷路器合閘;另一部分拉伸分閘彈簧,轉(zhuǎn)化為分閘過(guò)程的能量而儲(chǔ)存起來(lái)。如果合閘彈簧的能量大,在克服阻力、拉伸分閘彈簧的同時(shí),有足夠大的力量,產(chǎn)生較大的加速度,合閘速度就高;反之,合閘速度就低,甚至合不上閘�？梢�(jiàn),合閘彈簧是影響合閘速度最重要的因素。當(dāng)然凸輪曲面的形狀對(duì)合閘速度及其分布也至關(guān)重要。但對(duì)于給定的機(jī)構(gòu),只能靠調(diào)合閘彈簧力的大小來(lái)調(diào)整合閘速度。
當(dāng)合閘彈簧力增加時(shí),合閘速度會(huì)隨之增大。但增加到一定值后速度的增大不明顯。如果還不能滿足對(duì)合閘速度的要求,就只能改變凸輪曲面的形狀,凸輪曲面形狀對(duì)合閘速度的影響更大。
分閘速度取決于分閘彈簧和超行程的大校分閘彈簧和觸頭壓力彈簧的能量來(lái)源于合閘彈簧。首先調(diào)整好超程和分閘彈簧使分閘速度為某一合適值,再調(diào)合閘速度才有意義。一般地說(shuō),對(duì)于給定的合閘彈簧,斷路器的分閘速度升高,合閘速度就會(huì)降低口為了使斷路器運(yùn)行在最佳狀態(tài),有時(shí)要對(duì)合、分閘速度反復(fù)調(diào)整。
在調(diào)試過(guò)程中,分閘速度居高不下;為了斷路器可靠閉合,就增大合閘彈簧力,這樣合閘速度也偏大。為了降低合閘速度把彈簧力減小,又合不上閘,這是分閘彈簧性能過(guò)硬所致。若換成性能較軟的分閘彈簧,則很容易調(diào)試。如果這種斷路器過(guò)去配電磁機(jī)構(gòu),現(xiàn)在換成CT17-35的彈簧機(jī)構(gòu),必須把分閘彈簧換成性能軟一點(diǎn)的,這樣容易調(diào)試。
合閘速度必須在斷路器一次合閘到位的情況下測(cè)試;有時(shí)因超行程太大或其他原因,造成阻力過(guò)大,合閘不完全到位這時(shí)測(cè)得的合閘速度可能很低,這不代表斷路器真正的合閘速度。如果是合閘后立即自動(dòng)儲(chǔ)能,這種合閘不完全到位的情況往往被新的儲(chǔ)能過(guò)程掩蓋,不易發(fā)現(xiàn),但只要仔細(xì)觀察,或在合閘后不立即儲(chǔ)能,還是很容易判斷的。
3.4 合、分閘時(shí)間的調(diào)整
斷路器固有分閘時(shí)間指接到分閘命令到所有極的觸頭分離的時(shí)間間隔。合閘時(shí)間是從接到合閘命令到所有極的觸頭閉合的時(shí)間間隔。
固有分閘時(shí)間由兩部分組成:一部分從分閘命令發(fā)出到分閘半軸解扣；另一部分從分閘半軸解扣到動(dòng)靜觸頭分離。后一部分決定于從分閘半軸到動(dòng)觸頭之間的機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程。對(duì)于給定的機(jī)構(gòu)和斷路器,它是固定的,不便調(diào)整。為了調(diào)整分閘時(shí)間,只能對(duì)分閘半軸解扣前的一段時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。這前一段時(shí)間,主要由分閘電磁鐵的特性、電磁鐵頂桿到頂板的間隙、頂桿的作用點(diǎn)和分閘半軸解扣所需力的大小來(lái)決定。分閘電磁鐵的力大,頂桿與頂板的間隙大(在適度的范圍內(nèi)),頂桿的作用點(diǎn)到半軸的距離大,解扣所需的力小,分閘時(shí)間就短,反之就長(zhǎng)。
在不更換電磁鐵的條件下加大電磁鐵的復(fù)位彈簧,減小頂桿與頂板間隙,減小頂桿作用點(diǎn)到分閘半軸的距離,加大分閘半軸扣接量,加大分閘半軸的扭簧,都是加大分閘時(shí)間的好方法。反之,分閘時(shí)間就減校用此辦法,也可對(duì)低電壓的性能進(jìn)行調(diào)整。
調(diào)分閘半軸的扣接量雖然對(duì)分閘時(shí)間和低電壓性能有明顯影響但此舉必須慎用。分閘半軸的扣接量必須保證在2~4mm之間。扣接量太小會(huì)損壞半軸;扣接量太大,低電壓下可能脫不開(kāi)。如果以上辦法都達(dá)不到要求,可以更換分閘電磁鐵。同樣的方法,可以
對(duì)合閘時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。
參考文獻(xiàn)
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