六氟化硫断路器及其操动机构的改造

张晓华

【摘要】六氟化硫断路器作为水电厂主要保护和控制元件，其动作可靠性极为重要。断路器的分合闸操作是通过操作机构来完成操作，其工作性能和品质优劣对断路器的工作性能和可靠性都有很大影响，因此可以说断路器的开断性能取决于断路器的操动机构。

【关键词】断路器；操作机构；改造

1、前言

桃林口水电厂GIS室设备自1997年发电至今已经运行18年，为电厂的安全运行做出了重要的支持。但在长期的开断操作中，已经不能满足安全高效发电的要求，故对其主要设备LW6-110型六氟化硫断路器液压操作机构进行改造，更换为LW36-126型自能式六氟化硫断路器。

2、原断路器及操作机构优劣以及运行中常见问题

2.1 原断路器操作机构的优劣

原液压操作机构体积小，操作力大，需要控制的能量小，动作快，操作平稳无噪声。液压操作机构的工作压力高，操作力易获得并且控制比较方便，不需要直流电源，暂时失电仍可多次操作，油同时还可以起到润滑剂保护的作用，容易实现自动控制和各种保护，特别适用于我站110Kv高压断路器，在我站17年安全运行中，起到了至关重要的作用。

2.2 原断路器操作机构运行中常见的问题

电站运行至今18年按需发电，特别是经历了2012年高水头连续发电，断路器常分常合，机械部件疲劳，开始不断出现各种故障。液压机构打压频繁，经常漏油，阀体及储压桶损坏等。气室压力降低、电压互感器已经发生故障。隔离开关对地短路过。二次保护严重缺陷、断路器、行程、同期不达标、回路电阻过大、绝缘老化，以上的缺陷隐患严重影响GIS的安全运行，急需对其进行大修。

3、改造后的断路器

3.1 断路器的简介

LW36-126型自能式高压六氟化硫断路器及其所配弹簧操动结构具有技术参数高，操作功能齐全，维修简便，使用寿命长，可以连续运行20年，机械操作次数大于6000次，安全可靠以及机构和操作原理简单等特点，适用于交流30Hz，126Kv电力系统中，尤其适用于开断重要负荷的场所，作为发电厂的控制或保护开关，也可作为联络断路器，为电力系统的控制和保护之用。

3.2 断路器机构特点

LW36-126型自能式高压六氟化硫断路器的三个相柱安装在一个共同的机座上，三个相柱的气室由阀门与管路连通，气室中六氟化硫气体的密度由密度继电器检测并显示。断路器配用弹簧操动机构，弹簧操动机构及电气控制部分共用一个箱体，该箱体固定在机座的B相断路器下部或侧面，弹簧操动机构的输出部分连接至B相断路器的拐臂箱，并通过连杆与A相、C相断路器的拐臂箱连接进行分、合闸操作。断路器共有A、B、C三个相柱，除B相柱的拐臂箱连接的拐臂为双拐臂外，断路器的三相柱都是相同的。

3.3 断路器的灭弧原理

灭弧室在大电流阶段采用自能吹弧原理，当断路器接到到分闸指令后，弹簧操动机构的分闸连杆拉动B相拐臂箱的双拐臂，并通过相间连杆与A相和C相拐臂相连，带动三相断路器作分闸运动。

分闸操作的第一步是由触指和热膨胀气缸组成的主触头分开，此时，静弧触头和动弧触头仍处于闭合状态，因此电流转移到弧触头上。在随后的分闸操作过程中，弧触头打开形成电弧。在开断大的短路电流时，灭弧室中静弧触头周围的六氟化硫气体被电弧的能量加热，从而使热膨胀室中的气体压力升高，在电流零点附近，热膨胀气室中的气体吹向喷口，熄灭电弧。在开断小电流时，只靠热膨胀气缸向下运动压缩它和回气阀之间的六氟化硫气体，经过单向阀进入热膨胀室，再经过动弧触头和喷口的间隙，进行吹弧就可以达到熄灭电弧的目的。

4、弹簧操动机构

4.1 合闸弹簧储能

储能电机带动大齿轮转动，大齿轮上的储能驱动棘爪推动储能轴上固定的偏心轮且使它转到上部死点位置。当储能轴继续转过死点位置时，由于合闸弹簧部分释放的能量使储能轴的转动比棘爪的推动更快，因此储能轴上的偏心轮与棘爪脱开，并且储能轴上的凸轮被储能保持掣子挡住，储能轴停止转动.储能轴停在过上死点的100位置之前，固定于机构箱上的储能限位板使棘爪与储能轴上的偏心轮脱离啮合，因而储能轴和大齿轮分离，电动机在储能轴过上死点位置后自动切断电源并带着齿轮一道减速停转。合闸弹簧储能完毕。

4.2 合闸操作

合闸电磁铁启动，使合闸半轴顺时针转动，储能保持扇形板与储能保持掣子一起被释放，使得储能轴在合闸弹簧的作用下顺时针转动。

储能轴上的拐臂被合闸拉杆由储能保持位置拉到下死点位置，带动储能轴和其上的凸轮一起转动，其中的大凸轮在合闸过程中推动输出拐臂上的棍子，使输出拐臂逆时针转动，并且通过机构连杆使断路器完成合闸操作。

在合闸过程的最后，合闸缓冲器上的滚子沿储能轴上的小凸轮运动，减少合闸弹簧的剩余能量。随后，滚子跃限在小凸轮的后面，以防止储能轴倒转。

4.3 分闸操作

分闸电磁铁的启动通过分闸半轴和分闸扇形板使合闸保持掣子与输出拐臂上的合闸驱动块脱开。分闸弹簧通过分闸拉杆带动输出拐臂运动到分闸位置。同时灭弧室中的触头由机构输出连杆带着运动到分闸位置。最后分闸运动的动能被分闸缓冲器吸收。分闸缓冲器同时起到了制动装置的作用。

5、弹簧操动机构在运行中存在的问题

2015年10月在一次发电合闸过程中，断路器不能完成合闸操作，远方、现地分合闸操作均无动作。检查二次回路及相关设备均无故障，最后判断断路器本身未能完成操作.打开外箱体，发现储能显示完成，但是储能轴与已储能的合闸弹簧卡在了死点位置（1800位置）。

在合闸操作发生的时候，储能轴与已储能的合闸弹簧在过死点约100位置被扣住，合閘电磁铁的重复启动由机构联锁装置防止的。分闸弹簧通过分闸拉杆储能。合闸驱动块沿着合闸掣子上的滚子运动。在此运动曲线的末端，合闸驱动块会滑落在合闸掣子的滚子后面，并被滚子挡住不能倒转，从而完成了分闸簧的储能。

在这次大修中，电站根据自身情况，更换了101断路器，及其主变断路器的弹簧结构，相应的气路系统，二次系统进行了改造，解除了GIS室在运行过程中存在的安全隐患，为电厂的安全运行提供了保障。