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试论高压自能式sf_6断路器的开发与研制(上)
2025-07-15 07:38    198    中华厨具网

瘳综述镥试论高压自能式sf6断路器的开发与研制(上)施文耀(上海华通开关厂研究所20072)的基础上,结合国内企业在开发自能式sf.断路器中遇到的难点,提出了开发与研制该种断路器的选型论点表1二次匡际调查故障率汇总(每百台故障率)故降率主要故障y率盯分比次耍故障率豇分比缺k的红第1次第2次第3次第4次上路0,7b/4815/2092/261.3/26电气拧制不。

表2高压sf6断路器操动机构故障率汇总(每百台年故障率)障率叽构类主要故隘次要故障故障率相对比例故障率相对比例液/十:机构0.311.152.897气动机构0.270.802弹簧机构u.271u.401表于1可知,**次调杏屮(包括少油、空气、少量sf6断路器),主要故障率发生在机构及辅助控制回路的占52%(其屮阀的误动尚未包括在内),次要故障率则占74%.而第2次调查屮(主要针对sf6断路器),主要故障率发生在机构及控制回路的达到75%,而次要故障率占69%,在机构故障屮尤以液压机构的次要故障率为往,见表2所现以液压机故障率为例,在丨23kv级断路器的故障率屮液压机构占69%,245kv级达63%,在运行屮经常出现漏油、漏n2,自卫能力装置失误,电动泵故障等问题3它将直接影响到高压断路器的可靠性,并危及电网安全运行,因而迫使制造商从客观上或从市场占有率方面去审视这一令人不安的状态当时,开发配弹簧机构的自能式sff、断路器已到了‘’丨1丨雨欲来风满楼“的地步、领域屮,sf6与真空的竞争愈演愈烈,两种类型产品制造商为取得市场份额,在不断暴露竞争对手的缺点的同时,又不断改进自身的缺点、从而客观上也大大刺激f两大类产品的结构优化与创新,xsf6断路器而言,采用少油断路器自能灭弧原理,减少操作功,选用弹簧机构的产品便应运而生,有基于此,在主观上拓宽了72.5kv以上的sf6断路器向自能式发展的思路。为将热膨胀式灭弧室延伸至更高电压等级提供了依据。如当时的bbc公司生产白勺725kv级kdf/ed、sk-1便是一例,由此可见,高压自能式sf6断路器的开发已悄然而至。

国外自能式sf6断路器涌人屮国市场由于实行了改革开放政策,在90年代初,国外先进的自能式sf6断路器陆续进入国内h/场,如edfsk-1,edvsk-1、edvsv- 1自能式sf6断路器的进入广东的罗洞、增城等500kv变电站。时隔不久,江苏的南通、扬州,浙江的宁波、嘉兴,上海、海口等地陆续汀购了各种高压自能式sff,断路器,至目前为止已达五百台之多=早在90年代初,华东电管局两次组织网属变电站的开关专家讨论解决华通开关厂生产的“sw4―110/220少油断路器的丨地瓷套泄漏超标”会议上,一些专家指出,国内少油断路器的故障率可用表3表示3其屮华通开关厂生产的少油断路器的本体较差,但ct6-xg弹簧机构却运行可靠,而西安高压开关厂、沈阳高压开关厂则液压机构运行可靠性较差,断路器则较好。于是,专家们根据国际发展的趋势,坦率地向我厂提表3高压少油断路器及操动机构故障率(每百台年故障率)断路、'、+配故障率分配比例断路器操动机构sw4-+ct6xg弹簧机构0.58614no表4高压断路器(19891997)事故类型分布故类铟机构报分、合误动丌断、关合绝缘外力及其它合计屯压等出r应该“扬长避短”的建议,即扬“ct6-xg弹簧机构运行可靠”之长,避“油断路器本体缺陷”之短,迅速研制126kv级配弹簧机构的sf6断路器,以适应市场的急需。

另外,电力系统高压开关近十年运行状况整理后的汇总表详见表4所示。

其屮操动机构及传动系统的机械故障率在丨26kv级达60.5还应指出,液压机构漏油,气动机构漏气等次要故障尚未计入。同表3―样,机构的可靠性差确实已相当严重地影响着高压开关的运行质量1国内(高压开关)合资企业相继成立arb公司相继抢滩大陆,分别在苏州、杭州、北京等地成立r合资公司,移地生产各种类型的高压自能式断路器,大有“兵临城下”之国内制造业的一些宥识之士和电力系统专家在各种场合,如期刊上,专家会议上多次呼吁或撰文要求加快高压自能式sf6断路器的研制与开发。

国内高压自能式sf6断路器相继开发成功中,并经国内一些制造厂努力开发,lw17a-126/t(华通开关厂)、lw25-126/t(西安高压开关厂)、lw29-126/t(广州高压电器厂)、lw30-126/t(泰安高压开关厂)等型号配用弹簧机构的sf6断路器相继问世。还有一些兄弟中。位也在竞相研制中。

三、国外高压自能式sf6断路器发展现状膨胀)式sf6断路器主要有abb公司、gec、al.sthom公司(包括已并人的se公司、aeg公司)及siemens公司以及日本三菱和东芝公司等。现将各公司生产的sf6断路器概况分述于后,技术参数列于表5所示。

该公司早在80年代初,受真空与sf6竞争的剌激,沿用少油气自吹断路器原理,利用电弧自身能量熄弧,在屮压领域中率先开发了自能式sf6断路器(hb型)。然后向上延伸至72.5kv级,开发出了edf/ed1sk1-1配用fsa1型弹簧机构,它的技术参数偏低,开断电流仅25kv,1985年就投入运行,1987年,又延伸至145 ~170kv级,形成edfsv系列,采用了ahma-1型弹簧液压机构,开断电流上升至31.5kv,作者有幸在1988年去该公司参观时,在高压厂房内已有成批量组装出厂。其后又开发了装有sw型灭弧室的pm罐式断路器121/45pm30/63,169pm40型,配用fsa2型弹簧机构(操作功能比fsa1型略大),其额定电流为1200~ 3000a,开断电流高达4063ka.90年代初期,该公司在edf,hpl系列基础上率先开发出了ltbd(72.5170kv)型热膨胀式sf6断路器,开断电流达到31.540ka,额定电流为25003150a.它配用比较成熟的blk卷绕形弹簧机构。在90年代末又分别推出了ltbe,245kv(单断口),额定电流4000a,开断电流为40ka,但首开极系数仅为1.3,采用blk222型(操作功比blk略大)卷绕形弹簧机构,单相操作。当三相联动时,则采用在hpl系列中运行二十多年blg1002a型螺旋形弹簧机构;ltbe2362/420kv双断口开断电流soka,为1.3,单相操作,采用blg 1002a型,详见表5中no1.公司(72.5~126kv)热膨胀式sf6断路器,额定电流为1250~2000a,开断电流仅25ka.采用blr-xe型螺旋形弹簧结构,三相联动,接着,又推出了fxt12-13f(145-170kv)型,配用fkf2-6卷绕形弹簧机构,fxt14f,245kv级(单断口)热膨胀式sf6断路器,配用fk3-2弹簧机构,额定电流为3150a,开断电流为40ka,首开极系数为1.5,这是目前245kv级中技术参数*优的一种,因它不仅有上游热胀室,还置有下游热胀室(或称助推活塞)。然后,在超高压领域又推出了fxt15型(550kv)(均为双断口)采用fkt2-6卷绕形弹簧机构,其额定电流为3150/4000a,额定开断电流达40/50ka,同时为了适合寒冷地区的需要,又推出了gl212-145型产品,配用fkf1-2卷绕形弹簧机构,它采用混合气体(sf6+ch4),可用于-40t:以下的场合,详见表5中n2-2-l所示。*近,又在上游热胀室结构中增加了简接上游热胀室,以适应iec56中引入具有极低重击穿概率的新等级断路器(q)。

该公司在1990年推出了s系列热膨胀式sf6断路器。它包括罐式和瓷柱式两种。

其中型(72.5kv)额定电流2000/2500a,开断电流为25/31.5ka,sp145fv3131型(145kv)额定电流为3150a,开断电流上升至31.5/40ka,配用crr5-1型螺旋形弹夙机构(操作功为3000〗),然后又推出tsk245f3/4031型245kv,单断口,额定电流3150a,开断电流40ka,首开极数为1.3,配用crr5-4d型螺旋形弹簧机构(3700)单相操作。当三相联动时,改用卷绕形弹簧机构(85001)。在19%年又推出了s2-420f3/5040型(420kv,双断口产品)额定电流为4000a,开断电流达50ka,配用卷绕形弹簧机构。aeg的产品,充气压力较高,为0.68mpa,操作功较大。详见表5no路器,额定电流为1250~2000a,开断电流仅为20/25ka,配用blr弹簧机构,该公司发现此类灭弧室难以增容,于80年代末调整成以压气为主,热膨胀为副的开发思路,研制出了hgf309(72.5kv),hgf311(145kv)型产品,配用fkf1-2卷绕形弹簧机采用卷绕形弹簧机构,详见表5中no2-2-3所示,公司一直坚持生产3aq、3at系列定开距灭弧室、液压机构的siemens公司迫于用户需要弹簧机构的呼声,直到1996年才在fs型灭弧室的基础上首次推出了3ap1型(72.5―123―145kv)热膨胀式sf6断路器(p代表热胀式灭弧室,1为单断口)配用fg型(三相联动)螺旋形弹簧机构,其额定电流为315/400a,开断电流达40ka,而252kv级(中。断口)配fi型弹簧机构(单相)其额定电流为4000八,开断电流达50ka(lq为1.3)该公司起步较晚,但起点较高,它的技术参数*高另外,该公司还推出了sps2型罐式断路器12卜~丨45~170kv,配用f2型弹簧机构,其额定电流为12504000kv,开断电流3所示3 90年代屮期,该公司在sfm系列压气式灭弧室基础上对喷嘴加以改进,辅以热膨胀效应,并减少压气缸截面推出了如100/ 120sfm-32k型等二种高压自能式sf6断路器配bm-1型专用弹簧机构,其额定电流为3150a而开断电流达31.5kv,见表中no 4所示。

该公司早在1988年就推出了72/84kv罐式sf6断路器,它是混合式灭弧室(或称简接上游热膨胀式),采用电动弹簧机构,其额定电流为800 31.5kai后来,该类型灭弧室一直做到550kv中。断口(但配用液压机构)见表5屮no 5所示。

推出的spmsf6断路器配专用弹簧机构同二菱的机构一样,见表5中no6所四、国内高压自能式sf6断路器一瞥对于热膨胀式sf6断路器的开发与生产,国内比国外迟了十多年。因而比较年轻,总体上说,它分为两步走。

国外一些公司相继来国内寻求合作伙伴,成立合资厂,基木上以组装进口件为主体,适量生产诸如支架,控制箱等零部件,并进行必要的售后服务例如:1992年gec-alsthom与苏州开关厂联合成立苏州通用电气阿尔斯通公司,主要生产,fxt系列高压热胀式sf6断路器,1995年12月,siemens与浙江省电力局联合成立了杭州西门子公司,主要生产3ap1系列热胀式sf(,断路器,1995年12月,abb公司与北京开关厂联合成立了北京abb高压开关公司,主要生产ltb系列145kv以上的热胀式sf<路器。

2.研制开发热膨胀式sf6断路器在国外的配弹簧机构热膨胀式sf6断路器大潮冲击下,以及在国内有识之士的呼吁声屮,在有志之士的努力下,在90年代后期,各兄弟厂相继开发了新一代配弹簧机构的sf6断路器,已取得型号证书的有4家,见表7~10所示厂根据用户要求将成熟运行达二十多年,可靠性较高的ct6―xg弹簧机构进行优化,并在消化吸收abb引进技术的基础上,进行f(创新)自行设计。其额定电流为2500/3150a,开断电流为31.5ka,并且在单分时,开断电流已通过40kv,燃弧区间裕度大达1lms左右3成功的试验方案,仅化了二周左右时间,完成全套开断型式试验,十分顺利。

32b自能式sf6断路器进行国产化成功的产品,额定电流3150a,开断电流为31.5ka,后增容至40ka,配用ct20-1(x)p型弹簧机构,i.w29-丨26/t由广州高压电器厂等中-位参照aeg公司s1型sfe断路器后开发的,其额定电流为2500a,开断电流为31.5ka,配用crr5-1型弹簧机构。

还有——些兄弟厂,如重庆高压开关厂也在研制屮。

诏定毋二舍;g段气m邶h 2念忘9一旨当r m十当r当pt卜疾七-m+当r袋七上丨+淼疒i完卜广写寸犁e寸匕日二r二,含备注开断电流*高罐式自行设计1配用机构型号fkf1-21卷绕形弹簧卷绕形弹簧fi单相1 .采币机构(同三芟)1专用机构,crr5-1专川机构1灭弧室特征当r叫+ 11气为主1+热膨胀压气为主+热膨胀上游热胀室+小压气室压气为主1+热嘭胀式混合式(简接丨:游热张式〉压气为主:+热膨胀式压气为主+热膨胀式压气为土1+热膨胀式压气为主1+热嘭张式上热膨胀式+小气压式冲击(kv)寸所示:其中(1)为上游热膨胀式见(a)所示;(2)为下游热膨胀式,其中(b)所示的为主喷口下游热膨胀式,而(c)为副喷口下游热胀式;(3)为以压气为主,热膨胀式为i,见(d)所赤;(4)为简接上游热胀式(或称混合式)见所示。它们的性能各有千秋,现对几种典型结构的特征进行剖析。

此种类型采用较为普遍。例如,abb公司的ltb系列、gecalsthom公司的fxt系列,aeg公司的s1系列、siemens公司的3ap1系列以及广州高压电器厂的lw29-126/t等灭弧室均属此种结构,今以semens的3api为例说明其动作原理,详见所示:其中(a)为合闸位置,(b)为主触头4已分,弧触头5将分离,(c)为小电流开断时热胀式6的阀片7打开,小压气室8中的气流经过热胀室6流人喷口3去熄弧,(d)开断大电流时,热膨胀室6中气压很大,将阔片7关闭,并将电弧熄灭,而小气压室下侧阀9在一设定压力下开启,以减少阻力。(e)为分闸位置。

经过近年一些兄弟厂对该类型灭弧室的试验研究表明这种结构的关键是近区故障热膨胀灭弧室动丨1;说埋(a)合闸位置(b)卞触头打开。弧触头将丌(c)小电流熄灭u)大电流垲灭(e)分闸位置1―端子2―静触头味3―喷4―主静触头5―弧触头fi一热胀室7―热胀室阀i丨8―01空9―11-(slf)的开断比较困难,另外。从表5还可看出中断口电压245kv已明显处于极限状态,实1上abb公司从i.tp)到ltbe几乎化了近十年时间,而且ltbe参数并不高,仅4ka,k,=1.3(而国内电力系统耍求首开相2.上游和下游热膨胀式结构该种类型结构主要备gecauhom公司的fxtf系列,是对上游膨胀式结构的-一种完善与改进,详见囝3所示。

其屮u)为ft闸位置,(b)为刚分开始,(r)为上游膨胀效应示意,(d)为下游膨胀效应示意,(e)为分闸位置-当分闸,动触头3与主触头2先分开,然后弧触头5、6分开,产生电弧热效应纟5过喷口7使上游热胀室加热升压,且小压气室压缩,见(c)同时。

下游热胀效应也产生,通过屮心排气管到达助推活寒使it尽快向下运动帮助熄弧,见囝3(d)所示-fli此可见,尽管上、下游膨胀室同时产生增压效应,但作用不丨上游侧为增加气压而下游为补偿分闸功,(它是通过简中。阀片来完成使“分断”时运动速度同电流40ka的限制-也不:要强化喷口气化效应来加强熄弧能力。与艽它灭弧室相比,它将略胜一筹,达到245kv级,40ka,首开极系数=1.5的*优参数,当然,它的结构相对较复杂、3.混合式(或简接上游热膨胀式)改结构是东芝公司所独布一种类型,见其屮(a)为刚分初期,而(h)为分闸后期3在刚分之初,弧触头1、3分次离,产生电弧,由于电弧热效应通过屮空管,简接去加热压气缸4与静活塞所形成的气室,以提高气压,这时只形成平向气流(副喷u侧),分闸后期又恰逢电流过零时,在双向气流同作用下可靠熄弧。

这种结构是压气室与简接上游热膨胀并重,它的操作功有所减少,避免了上游热胀式的缺点,它对于电压的敏感性较低,因而它的平断口已发展至550kv(采用液压机构),但是,它的屮空管上的开孔大小形状位置较难把握,作者曾对此作过一些探索,尚未获得满意效果。

4.压气式为主辅以热膨胀效应结构产lw17/v126/丁型等,见所示。

它采用较小的压气室,较大的上游容积,喷口小而长,以加大热膨胀效应和节制气量,其中3、6为弧触头,项2、4为静触头座与主4一主静触头5―喷11 6―弧触头7―静触头s―小di气缸0―绝缘子-一ifi丨子11一拉汗触头,项5、7为喷口及静活塞,这种结构亦称轴向同期吹弧结构,以压气为主,热胀为副,强化喷口堵塞效应,即利用上游热膨胀效应使压气室气压升高,把过去“较大的压气室因气压升高而降低动态分闸速度”观念予以利用,即将压气室缩小。这样,一方面利用热膨胀效应可较容易地使压气室内气压升高来帮助弧,同时因为气缸小了,即使气压高一些,反力不很大,速度不会下降很大,而操作功却有所减少。同样可以采用操作功较小,可靠较高的弹簧机构,真可谓有“异曲同工”

之妙,:如lw17a-126/t;w25-126/t即属此例,此类灭弧室结构兼有热膨胀式结构操作功小的优点,又有压气式灭弧室熄弧性能优越的特点,它对恢复电压的敏感性较小,与开断性的比较性能纯压气式压气为主热胀为副上游热胀为主压气为副开断性能开断电流ka635040~50首开极系数k11.5,1.31.5,1.31,3'燃弧时间*短较短稍长些燃弧区间可大些可大些较小,slf75困难喷口电寿命长些中稍短些结特征配用机构液压、气动弹簧弹簧灭弧室体积大小小所需操作功10000左右2400400015002000零件数量少少较多些制造工艺性简单、可靠简单、可靠稍复杂,相对可靠性稍低些总体评价中优中当采用上游热膨胀室+小压气室+下游热膨胀室后。该值才可达到1.5.通常国内电力系统要求1.5/1.3二档btf燃弧区间可达llms,同时适应性很好,结构又简卑。真可谓“两全其美'它的缺点是相对上游热胀室而言,操作功稍大些,综上所述,将热胀式与压气式的结构特点归纳成表6所7k:表6245kv级几种灭弧室的结构(瓷柱式)热膨胀结构充分利用电弧自身能量熄弧,从而大大减少了对操作功的要求,为实现断路器小型化迈出了坚实的一步。

由于操作功减小,使用简平可靠,易于维修的弹簧机构,用户彻底消除了漏油、漏气之虑,为变电站的“双达标”提供了客观保证,为实现sf6断路器的免维修创造了条件。一句话,使sf6断路器的运行可靠性大大提高。

热膨胀式为主的结构对slf比较敏感,燃弧区间较小,不易向245kv及以上发展。

相对而言,灭弧室木体结构、工艺复杂,零件数量较多,一定程度上降低了断路器本体的可靠性。

电寿命比压气式略少一些。

由此可知,以压气为主,热胀为副的结构是一种较为理想的结构。而在上游热胀3ap1型结构的开断路裕度较大。

(上接第16页)良好表现,于1998年初又增订了252sf6断路器,在1999年10月投入运行,由鹤岗发电有限责任公司工程部提供运行报告。

四、结论lw17系列及lw31-252sf6断路器采取了一系列有效措施来满足断路器在低温和超低温下运行的需要,运行实践证明了上海华通开关厂对上述sf6断路器采取预防低温的一系列措施是有效的,该断路器能在低温环境下可靠运行。





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商用厨房设备:
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