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  • 隔离开关弹簧机构拒合的原因及改进

    文章来源:河南福翔科创高压电器有限公司

    北京电力公司西大望变电站110kV组合电器1998年12月制造出厂,其隔离开关的型号为120-GL-20C配电动弹簧操作机构,操作机构的型号为CTG1。运行后,陆续发现隔离开关的电动弹簧操作机构出现操作拒合问题,其现象均为电动合闸过程中机构拉杆在运行中过拐臂死点而停止运动,造成合闸不到位。由于组合电器带电导体与外壳绝缘之间的距离很小,均在500~600mm之间,如合闸不到位,设备将严重影响系统的安全,给运行及检修人员带来潜在的事故隐患。郑州手机维修培训
    1拒合事故原因分析
      该站110kV组合电器共有隔离开关123组。经统计,截止到2002年发生拒合现象的隔离开关有10组,其拒动组数占隔离开关总数的8.1%。弹簧机构如此大规模的拒合,在开关设备大量选用弹簧操动机构中还是第一次。是产品质量问题还是弹簧机构本身存在此问题?弹簧机构是否不适用于变电站开关设备?针对这些问题,从拒合发生的现象机理进行分析、研究并提出相应的改进方案,并对弹簧操作机构应用在开关设备上的实际情况进行了验证。
      1.1隔离开关拒合数据统计
      拒合数据如表1所示。
      1.2对于拒合现象的初步分析
      由于开关设备配用弹簧操作机构,在1998年还是较为先进的一种技术。使用弹簧操作机构之初,相关技术专家已经指出:由于弹簧自身存在的疲劳及形变,有可能导致弹簧形变,从而影响开关设备的速度及行程,严重时有可能造成设备事故。
      根据对CTG1型弹簧机构操作原理初步分析,初步判定有可能是机构内的储能弹簧发生形变或硬度不符合制造标准,使机构在合闸时速度发生变化导致拒合。其现场临时解决的方案是对弹簧进行再压缩,使其产生较大的动能,从而完成合闸过程。为验证此推断是否正确,2002年12月10日以抽检的方式在设备制造厂家对弹簧按设计检验标准进行了全部特性测试,如表2所示。
      根据以上测试结果,排除了操作机构拒合的原因是由于弹簧参数不对或特性改变所致。那么是什么原因导致机构拒合?随后在现场根据设计参数对未运行的122-17及123-2隔离开关进行实地测量,检测是否隔离开关仓内的运动摩擦力偏大导致在操作中出现异常。
      首先将CTG1机构拆下,保留连接机构,在传动主轴上用数字显示的力矩扳手测试力矩,此时测试的主要为隔离开关的反力矩(连接机构部分在此条件下的摩擦力矩相对很小),测试结果如下:
      122-17数据:压缩弹簧长度为227~228mm,合闸分闸缓冲垫为四个,隔离开关刚刚接触的力矩值为59.9Nm、63.7Nm、57.9Nm、55Nm。合闸到位时最大力矩为98Nm、98.9Nm、98.7Nm、103.4Nm、104.9Nm。
      123-2数据:压缩弹簧长度为247~248mm,合闸分闸缓冲垫为四个,隔离开关刚刚接触的力矩值为:44.8Nm、38.3Nm、35.3Nm、36.7Nm。合闸到位时最大力矩为85.5Nm、79.3Nm、79.6Nm、80.9Nm。从测试结果看,力矩测试数据基本满足厂内制造规范不大于100Nm的要求。其弹簧压缩长度也满足设计要求。但在接下来对分合闸速度特性的测量,根据测量曲线进行对比,终于发现了该站弹簧机构存在的拒合问题的根本原因,如速度曲线图1所示。
      操作机构缓冲特性的调整有失当问题存在。弹簧操作机构由于弹簧的压缩和释放,期间所产生的动能需要缓冲装置进行吸收,避免机件损坏。产品出厂时,根据设计要求,制造厂偏重于良好的缓冲特性(吸收动能、保护机件),强调缓冲曲线而增加缓冲垫,忽略了缓冲特性对机构到位的影响,缓冲较强致使机构刚合、刚分点速度偏低,刚合、刚分点速度一旦偏低,阻碍了机构合、分到位,出现合、分不到位的位置大概都在刚合刚分点附近,此点正为拉杆过死点位置,所以造成拒合。
      操作机构输出轴与组合电器壳体间的摩擦力,也影响机构的传动。测量机构弹簧的压缩量,发现普遍偏于要求值的下线。隔离开关机构摩擦阻力随环境条件、时间的推移等正常因素的影响略有变化时,再加上机构弹簧压缩量(裕度)偏小或弹簧压缩量正处于临界状态,是机构合不到位的另一个原因。
      制造厂追求缓冲曲线,造成装配不当,影响弹簧机构正常动作。检测现场发现123-2机构仅装一根大簧而没装小簧。与厂内提供的机构弹簧装配图纸不相符。此现象是属于安装工人漏装还是设计更改设计方案?经与制造厂核实,其原始设计没有改变。但是经查阅示波图及与厂内检验人员核实,当时出厂检验项目规定:合闸速度应在1.7~2.5m/s范围内,当速度不满足要求时,可拆小簧,试验合格后方可出厂。123-2机构装2根弹簧开关速度超过了2.5m/s,按规定拆下小簧,速度为2.32m/s。所以出现了有的机构只装一根弹簧的问题,从原理上是不符合设计要求的。
      另外,当时由于速度在2.6~3.0m/s范围内时,未做过寿命试验,开关的零部件是否能耐受得住,没有把握,因此出厂时对合闸速度及缓冲特性的控制按当时的技术要求,这就是现场出现有的机构是双簧,有的机构是单簧机构的原因。
    2对于弹簧机构拒合的解决方案
      依据以上分析,可以得出结论:该站隔离开关弹簧操作机构出现拒合现象,是由于设备在出厂试验时对速度及缓冲曲线的要求,导致调整分、合闸缓冲时增加了较多的缓冲垫,致使机构在合闸当中速度偏低,在机构过死点时由于速度不足导致拒合,其拒合原因与弹簧本身质量和设计没有关系。为了解决这一问题,应首先提高刚合、刚分点速度。为此,根据分析结果制定的改进方案如下:
      检查机构的弹簧根数,必须满足两根弹簧的设计要求。
      凡装一根大簧的机构,均加装小簧进行操作,找出机构刚能合、分到位的状态,同时测量在此状态下的弹簧外圈两端的长度H1(在合闸位置测量)。
      装两根弹簧的机构,要找出机构刚能合、分到位的状态,同时也要测量在此状态下的弹簧外圈两端的长度H1(在合闸位置测量)。
      减少调整缓冲性能的垫圈,按设计要求保留1~2个垫圈。
      H1的允许范围为:248~236mm。
      如H1小于236mm时,可更换大小弹簧处理。如H1大于236mm时,可按下步进行处理:
      ①将所有机构实测H1的基础上再拧紧6~10圈(9~15mm),这时的弹簧长度H1允许范围为239~227mm。
      ②在能保证H1值的基础上再拧紧6~10圈的特殊情况下,可将弹簧H1拧紧到222mm(现场最小允许值,经过机械寿命试验)。
      现场所有机构均按上述步骤进行处理,改进后要进行特性曲线的测试。
    3改进结果
      从2003年开始,检修单位经过按上述分析试验的结果进行改进,该站123组隔离开关的操作情况有了很大的改观。改进后的机构在操作中没有出现拒动现象,且对机构特性进行测量,改进后的机构在弹簧压缩量和速度曲线上均满足制造厂的设计标准,从而在技术上彻底解决了改型号隔离开关拒合的技术原因,保证了检修、运行人员的人身安全,提高了电网的安全系数,同时也验证了弹簧机构在开关设备上使用的合理性。

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