浅谈5L压风机高压开关柜高压断路器及其控制改进

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   【摘 要】高压断路器是控制高压电路的重要电器设备。在正常工作条件下,用来接通和断开电路;在短路故障情况下,借助于保护装置自动、快速地断开电路,分断能力很强。高压断路器按使用地点不同,分为户内和户外两种形式;按灭弧原理可分为油断路器、空气断路器和真空断路器等。高压断路器的控制电路的组成与才采用的操作机构有关,操作机构又分为电磁式操作机构和弹簧操作机构。
   【关键词】高压断路器;少油断路器;真空断路器;弹簧操作机构控制电路
  
   0.序言
  高压断路器是电力交流中最主要的控制设备,它的断流能力很强,不仅可在正常时接通和断开负荷电路,还可在发生短路故障时切断短路电流,因此,要求断路器工作可靠,具有足够的断流能力并具有尽可能短的开断时间。高压断流器按其天弧介质不同,可分为油断路器、压缩空气断路器、六氟化硫断路器、真空断路器等。高压断路器是通过操作机构的传动部件,改变力的方向和作用点来实现预设目的,其能量来源一般有电力和人力两种,除人力机构外,如电磁机构、气动机构、弹簧机构和液压机构均为依靠电力所做的功,依靠瞬间的能量释放来实现断路器的动作。
   1.改造的原因
  我厂5L压风机高压柜是1986年购买使用的,也经过多次改造,而在这次改进之前高压断路器选用的是少油断路器,我们从理论知识和工作经验中得出其缺点是燃弧时间长,动作较慢,检修周期短,维修工作量大,受单元断口的电压限制,发展特高压等级有困难等,最主要的是不能满足频繁操作(现有场合的需要)。根据近年来的实践和现场运行经验,在少油断路器的各种故障中,电磁操作机构故障占大部分(改进之前和少油断路器配套使用的)。电磁操作机构缺点是合闸线圈消耗的功率太大(17W至52W合闸线圈电流758-235A),因此配备了整流电源装置。由于合闸电流大,一般的辅助开关、中间继电器触点等很难投切这么大的电流,因此,必须另配直流接触器,利用直流接触器带消弧线圈的触点来控制合闸电流,从而控制合、分闸。而且结构笨重、零部件易损坏、合闸时间长(0.2-0.8S)只适用于110KV及以下的断路器。由于其使用年限较高,经常出现误动作,在突然断电后给电的情况下,会自动运行,这样非常危险。考虑到这些,我厂对5L压风机高压柜做出以下改进,高压断路器和操作机构的更换,在高压断路器的选取上,综合以上的问题,我们采用了ZN28-12型户内高压真空断路器。
   2.选型及其特点
  ZN28-12型户内高压真空断路器具有结构轻巧、触头开距小、操作功率小、动作快。燃弧时间短、且与开断电流大小无关。开断电流时触头烧损轻微、寿命长。体积小、重量轻、操作噪音小、防火防爆。并且适用于频繁操作等比较苛刻的工作环境,特别适于开断容性电流。维护简单、无污染等优点。之所以选用它的最大理由是其可以频繁操作,因为我们厂5L压风机每天最少开三次机。ZN28-12型户内高压真空断路器自身不带操作机构,我们厂选用的是CT19型弹簧操作机构与其配套使用。
  CT19型弹簧操作机构主要由四个单元组成:驱动单元、储能单元、脱扣单元和电控单元。其特点是动作稳定可靠、易与断路器配接、具有防逆转和机械离合装置、其运动平稳、噪音小、效率高、稳定性好、结构简单、动作灵活可靠。不需要专门的操作电源储能电动机功率小,交直流两用,使用方便。合、分闸电流都不大,要求电源的容量也不大。既可远方电动储能,电动合、分闸,也可就地手动储能,手动合、分闸,动作快,且能快速自动重合闸。因此,在直流电源消失的情况下也可手动合、分操作,这点优于电磁操作机构。
   3.改造过程中发现的问题及其改进
  CT19型弹簧操作机构原电气控制电路原理图如图一,改进后的CT19型弹簧操作机构电气控制电路原理图如图二。
  K--储能开关 ZJ1、ZJ2--中间继电器
  CK--行程开关 DL--转换开关
  D--电动机 KK--控制开关
  HQ--合闸线圈 TQ--分闸线圈
  图一
  K--储能按钮 ZJ1、ZJ2--中间继电器
  CK--行程开关 DL--转换开关
  D--电动机 BH--保护回路开点
  HQ--合闸线圈 TQ--分闸线圈
  LD--绿灯 HD-- 红灯 BD--白灯
  Q--合闸按钮 T--分闸按钮
  图二
  3.1分析
  从图一我们可以看到,当机构处于分闸未储能状态时,行程开关CK常闭接点接通,此时合上开关K,中间继电器ZJ1的常开接点闭合,中间继电器ZJ2随之动作,ZJ2的常闭点打开,ZJ2的常开点闭合,电机与电源接通,合闸弹簧开始储能。储能完成后,行程开关CK的常闭接点被打开,中间继电器ZJ2断电动作,电动机断电停转,此时开关K一直合上的话,会反复出现以上的动作过程,永远不会停止,除非断电源。如果开关K是断开的话,麻烦一样存在,中间继电器ZJ1线圈无电,且ZJ1的常开接点始终常开,这样合闸和分闸都实现不了。并且没有在电气控制电路原理图中画出储能完毕、合闸后、分闸后的信号灯指示。这些可以证明此电路图漏洞百出,我们按图一的接法试验证明过,所以我们从新设计、从新改进。
  3.2改进后的工作原理
  如图二,此控制回路上电之后,信号灯LD亮,中间继电器ZJ2的常闭点打开,ZJ2的常开点闭合,并且失压保护回路此时进行充电。当机构处于分闸未储能状态时,行程开关CK常闭接点接通,此时按一下按钮K,中间继电器ZJ1线圈带点吸合,并且ZJ1的常开接点闭合(自锁),同时电动机与电源接通,合闸弹簧开始储能。如果合闸弹簧未储能到位,即行程开关CK的常闭接点未被打开,这时即使按合闸按钮Q,合闸脱扣线圈HQ也不会通电,这样可以避免误操作。储能完成后,行程开关CK的常闭接点被打开,行程开关CK的常开接点闭合,信号灯BD亮,证明储能完毕。中间继电器ZJ1断电动作,电动机断电停转,此时若按一下合闸按钮Q,合闸脱扣线圈HQ将通电使电磁铁动作,机构即进行合闸操作。
  机构合闸后转换开关DL的常闭接点打开,合闸脱扣线圈HQ的电源被切断,常开接点闭合,信号灯HD亮,LD灭,此时若按一下分闸按钮T,机构分闸后,转换开关将通电使电磁铁动作,机构即进行分闸操作。机构分闸后,转换开关的常开接点打开,分闸脱扣线圈TQ的电源被切断,信号灯LD亮。
  正常弹簧操作机构控制电路TQ跳闸线圈不会因为停电跳闸,所以在弹簧操作机构的控制回路中增加了一套失压保护,由于二极管正向导通,反向截止,通交阻直的特性,电阻限流阻止被击穿,电容器在通电时释放交流电,断电时释放直流电,加入这套装置后就可以达到失压保护(元件是经过计算之后选取的),由于充放电的特性,我们在电容C与分闸脱扣线圈TQ之间接入中间继电器ZJ2的常闭点。由于此高压柜的工作环境特殊,我们在分闸线圈前(转换开关DL的常开接点)与220V电源线一侧串入先导保护回路(断水、断油、超温、超压等)及中间继电器ZJ2的常开点(避免出现电气故障)。
   4.结语
  5L压风机高压柜采用这种改进后的电路,安全、省电、污染小、噪声低,实用性很强。声明:在我们单位改造后已使用一年半了,各方面运行一切正常。
  
  【参考文献】
  [1]刘相元,刘卫国编著.现代供电技术.北京机械工业出版社,2006.
  [2]张学成主编.工礦企业供电.北京煤炭工业出版社.2005.
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