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高壓開關機械特性試驗的數據分析及應用

   開關機械特性試驗是高壓開關的動作特性重要試驗,高壓開關機械特性試驗其實驗數據包括高壓開關的分/合閘時間、分合閘速度、剛合速度、剛分速度、三相不同期時間、三相動作順序、三相彈跳時間(真空開關),斷口的開距,動觸頭行程及超行程等。
   一、開關觸頭行程與開距及超行程之間的關系及如何調整觸頭行程A=斷口開距L+超行程S;其中觸頭行程A與開關機構的輸出和拐臂有關,其中機構的輸出是定死的,不能調整,通過調整拐臂連桿可以調整開關三相的觸頭行程。斷口開距L是指開關在分閘狀態下動觸頭與靜觸頭之間的距離,通過調整輸出拐臂的長短來調整,它反應的是開關的開斷能力,可以通過高壓耐壓試驗來進行檢驗;而超行程S是動靜觸頭的接觸距離(如果是真空開關的時就是動靜觸頭接觸后的接觸壓力彈簧的壓縮量),通過調整開關本體的拐臂連桿及各項斷口處的拐臂螺桿來調整,它反應的是開關合閘后動靜觸頭的接觸好壞,可以通過做接觸電阻測試來進行檢驗。
   而我們在做高壓開關機械特性試驗各項試驗前首先要做的就是進開距和超行程的測量以保證開距和超行程滿足技術要求的前提條件下進行,如果不滿足就要進行調整。
二、如果合閘功和分閘功確定(即分合閘彈簧長度一定)的情況下:
1、分、合閘時間與開距行程之間的關系
   從分閘時間即動靜觸頭從接觸到分開是的時間,其反應的就是超行程量(接觸行程)即動靜觸頭接觸的量,如果分閘時間長,開關的超行程(動靜觸頭接觸量或接觸壓力彈簧的壓縮量)就越大,反之則越小。合閘時間是動靜觸頭從分閘時的狀態到剛接觸上的時間,其反應的是開關的開距,如果合閘時間越長,說明分閘狀態時開關動靜觸頭之間的距離距就越大,反之則越小。
   從上面的關系中我們可以得知分閘時間和合閘時間是兩個反向的量:合閘時間長即L大開關的開斷能力強、分閘時間就短即S就小開關合上好接觸不佳,接觸電阻就大;合閘時間短即L就小開關的開斷能力差、分閘時間就長即S就大,開關合上后動靜觸頭接觸良好,接觸電阻就小。如果反應到開關的每一相上就是A、B、C三相的分合閘時間的長短即三相的分合閘次序,即合閘時間短的相先合閘,其開距小、超行程(接觸行程)大,分閘時間就長,后分開;合閘時間長的相其開距大、超行程(接觸行程)小,分閘時間就短先分開。這個原則也是我們調整開關不同期的一個法寶,原則上三相不同期越小越好即不同期為零時同時分合閘是理想狀態,但是實際上很難達到,有時候甚至超出標準范圍很多,這就要求我們進行現場調整。
   小結:根據上述法寶,分合閘不同期偏大,以時間的中間值相為基準調整*大、*小相來降低不同期,當合閘不同期偏大時,調整合閘時間*大相或時間*小相(哪一相偏離中間值大就調整哪一相或兩相同時調整)來使其開距減小或增大,從而縮短或增加時間使其三相不同期在標準值范圍內;(分閘正好和合閘相反)。有時候出現悖逆情況即合閘時間大(或?。┑南喾珠l時間也大(或),這就說明機構有卡澀現象,適當的潤滑一下機構傳動部分就可以了。
2、分合閘速度
   高壓開關的分合閘速度至關重要,當其分、合閘功(分合閘彈簧)做好的情況下,它的大小由開具和行程與時間決定,而其重點是剛合、剛分速度,其直接反映了開關的閉合和開斷能力,如果開關的分合閘時間一定,開距和行程一定其速度可以用下列公式即:
V=x/t=Δx/Δt=dx/dt
其中V 是速度,x是行程 , t是時間
分、合閘平均速度v就是接觸行程(開距)與分、合閘時間之比,剛分、合速度V(t)就是動、靜觸頭剛分開(合上)時的行程Δx與其所用的時間Δt之比。
   小結:由上可見開關動作速度是反應在時間(t)上的,因為各個距離量(x)是定的,因此只要合、分閘時間(t)合格平均速度就一定合格,剛合、剛分速度是大于平均合、分閘速度的,因此合、分閘速度滿足要求其剛合、分速度也能滿足要求。加速度不能直接測量到,是個間接量,它通過測量Δx與Δt,通過其比值來獲得,由于受現場試驗條件及各種開關的動觸頭形式不一所限制,開關動作的剛合、分速度的測量比較困難的,一般情況下只測量開距行程(滿足技術要求)和分合閘時間,只要幾個量都滿足要求即可,現場進行剛分合速度測試(特殊情況例外)。
三、當行程及開距、超行程一定時
 前面分析了開關特性試驗中各個距離量與時間之間的關系,我們分析的前提條件是開關的分、合閘功是一定的,下面我們將反過來分析:開關動觸頭總行程一定的情況下,彈簧機構開關分合閘時間與分合閘功之間的關系。也就是說開關的各個距離量在標準值范圍內,開關的分合閘時間只能通過調整合閘功來實現,這對我們處理一些故障有很大的幫助。
1、 分、合閘時間與速度
原則上分閘時間越短,分閘速度越快就越好,由于分閘速度直接影響電流過零后觸頭間介質強度恢復的速度,如果電弧熄滅后,觸頭間介質強度恢復速度小于恢復電壓,將造成電弧重燃,為了防止電弧重燃,以及縮短燃弧時間,必須滿足分閘速度。分閘速度的大小主要取決分閘彈簧的彈力,當彈力系數一定的情況下也就是彈簧的長短。但實際并非如此,分閘時間越短、分閘速度越大,引起的分閘彈振越歷害,過沖也就越歷害,這樣對開關管波紋管的振動、壓縮也就越嚴重,容易造成波紋管提早損壞而漏氣,對速機的振動也越大,容易造成零部件的損壞,同時,不能滿足合閘時間與速度的要求。因此能夠在規定的時間內分閘就行了,一般小于60毫秒。 
開關的合閘時間及合閘速度要求較分閘相對低些。只要具備一定的合閘時間和速度,盡量減小觸頭在合閘過程中由于予擊穿造成的電磨損,以及避免發生觸頭熔焊,因此,沒必要要求過高的合閘速度,因為合閘時間太短,合閘速度太快不僅增加操作機構的合閘功,同時使開關管受到的合閘沖擊增大,大大降低其使用壽命,因此只要在滿足要求的情況下實現順利合閘就行一般要求小于100毫秒。
2、分合閘功的關系
合閘功的要**提供足夠的功來實現開關的合閘,其大小應不小于分閘功和合閘緩沖能量(如果是真空開關的話還有超行程彈力;如果是插入式接頭的話還有接觸阻力)之和。而分閘功的要**提供足夠的能量保證開關在規定的時間內以一定的速度可靠分閘。從上面可知分閘功的大小決定合閘功(儲能彈簧的能量)的大小,而分閘功由分閘彈簧的能量確定。而分、合閘能量彈簧是出廠安裝好的,在我們的實際工作中只能通過調整儲能彈簧的長短來調整合閘功的大小,從而調整合閘時間與合閘能量。調整分閘彈簧的長短來同時改變分閘時間(速度)和合閘時間(速度)。同時通過調整儲能彈簧及分閘彈簧的長短來保證順利合閘。實際案例分析:
(一)110千伏錦界變錦大開關,戶外110千伏六氟化硫開關合閘后,合閘彈簧能量不能完全釋放,必須經儲能電機在儲能的過程中將合閘凸輪頂到合閘位置,這時彈簧能量徹底釋放,開關二次合閘到位,后經調緊合閘彈簧和適當的放松分閘簧后開關合閘正常。
(二)某110千伏煤礦變電站,戶內組合電器開關,開關合閘后無位置指示紅、綠燈及開關儲能指示燈都不亮,儲能電機空轉了一會過熱保護啟動使儲能電機斷電。經查開關分合閘指示牌無指示,手動不能跳閘,開關拒動。給儲能電源后,儲能電機一直空轉,不會儲能。經檢查儲能機構棘輪夠不到傳動輪的輪齒上,整個傳動輪只有一半齒輪。經分析屬于開關合閘功不夠,開關不能一次性合到位,合閘簧不能完全釋放,而且由于傳動輪只有一半有齒使得合不到位時儲能機構棘輪夠不到輪齒,不能使開關通過儲能機構來實現完全合閘,從而導致開關合到一半后,拒動(合不上,跳不開),儲能電機空轉。后通過擰緊合閘彈簧長度控制螺絲,和給分閘簧加裝墊片后,開關動作正常。
(三)10千伏柱上開關在合閘后幾秒鐘內又聽到“噔”的一聲,其原因就是合閘后合閘功不夠、儲能彈簧在合閘后不能完全釋放,不能一次將開關合到位,通過儲能電機在儲能過程中將合閘凸輪頂到合閘位置,才又聽到儲能彈簧完全釋放的聲音,然后才是開關的正常儲能。 
上述三個案例就是典型的開關合閘功不夠導致開關不能一次性合閘,只能通過儲能電機電機儲能來實現二次完全合閘。我們只要通過拉長合閘簧或更換新的合閘簧后就能實現一次性完全合閘。上述故障情況輕則引起合閘線圈燒毀、如果是儲能齒盤是半齒盤(儲能齒盤只有一部分有齒)可能導致儲能電機的燒損,重則如果帶大負荷合閘因為合不到位,接觸電阻大,觸頭瞬間發熱嚴重引起觸頭燒損或氣體受熱膨脹引起開關爆炸,如果在合閘過程中遇到故障(合在故障點上)會導致開關拒動導致越級跳閘擴大事故范圍等嚴重后果。
小結:我們在安裝調試做機械特性試驗時,只要分合閘時間都在規定范圍內就對機構不做調整,對分合閘時間之間的關系不做對比。雖然新安裝調試的時候,開關分合閘動作靈活,但經過一段時間的運行就出現上述現象。因此在做機械特性試驗時我們要重視分合閘時間數據的分析滿足要求的情況下分閘時間不能太短,而合閘時間不能太長,根據本人多年了的總結分析得出合閘時間大概是1.5~2倍的分閘時間,這個比例關系比較合理可靠,如果超出這個范圍就應該對分合閘簧的長度適當的調整。因為分閘時間太短、合閘時間太長說明分閘彈簧彈力大,有效合閘功就小,合閘時間就要長一些,在設備運行后,分、合閘簧一直在拉伸狀態,再加上一些開關儲能簧在選材上的因素,使得彈簧過早疲勞,致使彈簧彈力不夠,合閘功不足,出現合閘功不足的情況,導致開關不能一次性可靠合閘到位,從而導致零部件損壞或機構拒動或設備爆炸等事故。 
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