引言

隔離開關作為變電一次主要設備,在保證變電站可靠運行方面起著不可或缺的作用,當隔離開關無法正常分合閘或者分合閘不到位時,將嚴重影響電網(wǎng)安全性和穩(wěn)定性,尤其是電壓等級220kV以上的隔離開關,一旦出現(xiàn)分合閘故障,會導致電網(wǎng)大面積停電。江門局220kV外海變電站、220kV開平變電站等多個電站,均出現(xiàn)了由于機構箱問題導致PR2型隔離開關無法正常分合閘的重大或緊急缺陷。

西門子PR2型隔離開關是雙臂垂直斷口剪刀式戶外高壓隔離開關,主要部件包括底座、絕緣支柱、傳動裝置、導電閘刀、靜觸頭、操動機構等。PR2型隔離開關使用單相機構驅動三相分合閘的機械聯(lián)動,由主驅動齒輪(上層齒輪)的齒數(shù)決定了刀閘的分合總行程。當?shù)堕l分合到位時,刀頭拐臂過死點,主驅動齒輪剛好走完最后一個齒,由于操作力過大,配合不夠精密,最后一齒容易出現(xiàn)非正常磨損或切削,造成合閘不到位,即刀頭不過死點的現(xiàn)象,如圖1所示。

圖1合閘不到位情況說明

1原因分析

PR2型刀閘依靠精密的齒輪嚙合和硬性連桿驅動三相,在刀頭拐臂通過死點時需要的力最大,刀頭拐臂通過死點的行程取決于機構主驅動齒輪的最后一個齒的行程,若刀頭拐臂死點和機構主驅動齒輪最后一齒配合不當,就容易出現(xiàn)主驅動齒輪磨損或削切齒牙的情況。配合不當有以下幾個原因,如圖2所示。

(1)調(diào)試時的死點配合不恰當,有一定的應力,但可以正常過死點。

(2)由于長時間運行中的基礎變形,或其他因素導致刀閘三相拐臂不同時過死點,造成三相全部過死點的微行程疊加,造成機構驅動齒輪最后一齒在受到過死點時高強度作用力,最后一齒行程不夠而出現(xiàn)切削打齒現(xiàn)象。

(3)由于垂直連桿與上傳動鏈接部位是用兩條卷簧銷十字鉚死,但由于機構輸出力比較大,開口彈簧銷出現(xiàn)彎曲變形,造成行程變化,以至于在機構主驅動齒輪最后一齒走完時,刀頭未過死點而被彈回。

(4)原驅動齒輪較薄(厚30mm),嚙合長度不夠,長時間不正常反作用力的扭矩對馬達輸出齒輪的高強度沖擊,造成馬達輸出軸齒輪的齒牙磨損和一邊倒的形變,以至于在最后一齒過死點時容易打滑。

(5)技術人員安裝調(diào)整錯誤問題:該型號刀閘的正確調(diào)整方法應該是,將刀頭過死點時的有效位置處于主驅動齒輪的最后一齒,技術人員在安裝調(diào)整時錯誤地將合閘過死點的有效位置調(diào)整在中間輔助齒輪的最后一齒上,這樣就造成了初裝時刀閘可以正常分合閘,但薄弱的中間輔助齒輪經(jīng)受不了多次的分合受力而慢慢出現(xiàn)打齒現(xiàn)象。

圖2合閘不到位示意圖

總結以上原因:PR2型刀閘機構和刀頭的配合太過精密,近乎絕對的同步性(齒輪最后合閘有效行程39),致使任何因素都會導致刀頭不過死點而出現(xiàn)打齒現(xiàn)象,即有效的過死點行程太小,抗外界因素變化能力較差。

2技術實施

由于PR2型隔離開關存在上述問題,現(xiàn)對其進行改造,在不改變二次控制回路,即不改變輔助開關的運行軌跡的基礎上,對機構箱的機械部分進行改造,增強其耐用性和穩(wěn)定性。

首先考慮拓寬機構主驅動齒輪在刀頭過死點時的有效行程,從原來的39擴充至99,以應對任何因素帶來的同步偏差:然后增加嚙合強度,將原來30mm厚的主驅動齒輪增加到60mm厚。將原來上層的主驅動齒輪(帶鍵齒輪)縮小為帶鍵的凸輪,將中間的輔助驅動齒輪(光軸齒輪)增加厚度至60mm,并掏空內(nèi)部,將輔助驅動齒輪藏于主驅動齒輪中,此時原來的輔助驅動齒輪作為主驅動齒輪,利用其內(nèi)部的凸起部分來驅動帶鍵凸輪,完成原來的分合閘動作,整個驅動過程沒有任何改變,只是兩個齒輪的配合方式不同而已,如圖3、圖4所示。

改造前后的一次部件合閘過程無任何變化,分閘過程在中途會稍快于改造前,二次部件的運動軌跡無任何變化。

3實際應用

在齒輪改造完成后,需重新對機構進行調(diào)整,因在分合閘不同位置安裝,調(diào)整方法有所不同。

3.1分閘位置安裝的新機構調(diào)整方法

新機構齒輪安裝在故障刀閘上時,基本上無需調(diào)整即可合閘到位,但需要檢查刀頭過死點時,齒輪的實時位置,以剩余一齒為最佳狀態(tài),為充分體現(xiàn)新型齒輪的優(yōu)勢,有以下兩種情況可以將機構調(diào)整至更佳的狀態(tài),以達到穩(wěn)定使用的要求。

情況1:刀頭過死點后,齒輪沒走完的不止一齒,或勉強走完而回彈聲音比較大,這說明該刀閘合閘到位較早,是在齒輪的有效過死點行程的最大上限合閘的,此時需要將垂直連桿下端的螺栓松開,觀察垂直連桿相對于底盤是否有偏移,若有微微移動,將螺栓鎖緊,再次手動繼續(xù)向合閘方向轉動齒輪,感覺阻力是否減小和回彈聲音是否正常,然后分閘后再次合閘觀察刀頭過死點時齒輪還有多少齒,以剩余一齒為最佳狀態(tài)。

情況2:對于已調(diào)整過的機構,原機構曾經(jīng)因齒輪最后一齒磨損而重新調(diào)整過,此時該機構所使用過死點的齒已經(jīng)被移動到原齒輪的第二個齒上,很有可能已經(jīng)將有效間隙利用到極限,此時按情況2解決辦法無效時,可將垂直連桿上端抱箍和定位螺栓松開,將垂直桿轉回到原始位置并鎖緊抱箍和定位螺栓,再次按照情況1、2進行調(diào)整,嚴重時需要按照新刀閘安裝調(diào)整方法重新安裝垂直連桿,并重新打孔安裝定位銷。

3.2合閘位置安裝的新機構調(diào)整方法

合閘位置的更換過程和調(diào)整,以提供改造后帶箱體的機芯為例,確保刀閘在完全合閘狀態(tài),以觀察刀頭過死點限位和彈簧撥片撥到輔助開關齒輪的限位螺栓有吐吐聲為準。禁止在合閘狀態(tài)時,刀頭沒過死點時拆除機構,必須首先人工將刀頭合過死點。合閘位置安裝的新機構調(diào)整,由于刀閘此前出現(xiàn)過故障,刀頭在完全合閘位置時,對機構齒輪還有一定的反作用力,一旦拆除機構則反作用力消失,此時在原位置安裝新機構,機構輸出的梅花軸和垂直連桿下端的安裝盤已經(jīng)有了大約一個梅花軸齒的位移,有以下兩種方法可以找回正確的安裝位置。

方法1:拆除機構時連同垂直連桿下端的安裝盤一起拆下,標記好安裝盤的位置后,按照相應的位置將安裝盤裝到新機構上即可,連接垂直連桿時,若有螺栓孔距偏差,需要強行扭動對正螺孔穿入螺栓,若偏差巨大,應該是對錯了安裝盤和機構輸出軸的梅花鍵牙,參照情況2的方法找回正確的安裝位置,然后按照分閘狀態(tài)更換的步驟進行觀察和微調(diào)。

方法2:若安裝機構后調(diào)整過程中發(fā)現(xiàn)合閘或分閘偏差較大,無需再次取下機構校對,只需要拆除垂直連桿的上下端螺栓、抱箍和定位螺栓,拿掉垂直連桿后,可取下安裝盤向缺少行程方向轉動一個梅花鍵牙(約109,則齒輪走1.5齒),調(diào)整后重新安裝。

220kV變電站刀閘機構二次部分包含保護、母差、計量等母線切換回路,測控遙信回路,刀閘操作閉鎖回路,刀閘操作回路,如涉及二次線的臨時拆開和接入,必須保證接入原端子回路位置不變動,輔助開關行程位置與原來一致,檢查接線是否緊固,防止誤接線、接觸不良影響保護正常運行,引起分合閘位置上送錯誤、刀閘無法電動操作以及其他刀閘的閉鎖回路不正常等問題。

4結語

本文針對PR2型隔離開關現(xiàn)有機構箱存在的問題進行了改進,設計出了一種動作可靠、位置指示明確的新型機構箱,有效避免了因操作合閘不到位,機芯操作齒輪或中間齒輪打齒造成齒輪、齒牙損壞及刀閘操作時中途停止后反向操作存在打齒的風險,保證了輔助開關的可靠動作及分合閘指示的正確性,分合閘指示更加清晰,且改造后的機構箱結構簡單可靠,便于安裝和維護,節(jié)約人力和成本。