引言

隔離開關(guān)作為變電一次主要設(shè)備,在保證變電站可靠運(yùn)行方面起著不可或缺的作用,當(dāng)隔離開關(guān)無法正常分合閘或者分合閘不到位時(shí),將嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全性和穩(wěn)定性,尤其是電壓等級(jí)220kV以上的隔離開關(guān),一旦出現(xiàn)分合閘故障,會(huì)導(dǎo)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(gè)電站,均出現(xiàn)了由于機(jī)構(gòu)箱問題導(dǎo)致PR2型隔離開關(guān)無法正常分合閘的重大或緊急缺陷。

西門子PR2型隔離開關(guān)是雙臂垂直斷口剪刀式戶外高壓隔離開關(guān),主要部件包括底座、絕緣支柱、傳動(dòng)裝置、導(dǎo)電閘刀、靜觸頭、操動(dòng)機(jī)構(gòu)等。PR2型隔離開關(guān)使用單相機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)三相分合閘的機(jī)械聯(lián)動(dòng),由主驅(qū)動(dòng)齒輪(上層齒輪)的齒數(shù)決定了刀閘的分合總行程。當(dāng)?shù)堕l分合到位時(shí),刀頭拐臂過死點(diǎn),主驅(qū)動(dòng)齒輪剛好走完最后一個(gè)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(diǎn)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(qū)動(dòng)三相,在刀頭拐臂通過死點(diǎn)時(shí)需要的力最大,刀頭拐臂通過死點(diǎn)的行程取決于機(jī)構(gòu)主驅(qū)動(dòng)齒輪的最后一個(gè)齒的行程,若刀頭拐臂死點(diǎn)和機(jī)構(gòu)主驅(qū)動(dòng)齒輪最后一齒配合不當(dāng),就容易出現(xiàn)主驅(qū)動(dòng)齒輪磨損或削切齒牙的情況。配合不當(dāng)有以下幾個(gè)原因,如圖2所示。

(1)調(diào)試時(shí)的死點(diǎn)配合不恰當(dāng),有一定的應(yīng)力,但可以正常過死點(diǎn)。

(2)由于長時(shí)間運(yùn)行中的基礎(chǔ)變形,或其他因素導(dǎo)致刀閘三相拐臂不同時(shí)過死點(diǎn),造成三相全部過死點(diǎn)的微行程疊加,造成機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)齒輪最后一齒在受到過死點(diǎn)時(shí)高強(qiáng)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(dòng)鏈接部位是用兩條卷簧銷十字鉚死,但由于機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)主驅(qū)動(dòng)齒輪最后一齒走完時(shí),刀頭未過死點(diǎn)而被彈回。

(4)原驅(qū)動(dòng)齒輪較薄(厚30mm),嚙合長度不夠,長時(shí)間不正常反作用力的扭矩對(duì)馬達(dá)輸出齒輪的高強(qiáng)度沖擊,造成馬達(dá)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(diǎn)時(shí)容易打滑。

(5)技術(shù)人員安裝調(diào)整錯(cuò)誤問題:該型號(hào)刀閘的正確調(diào)整方法應(yīng)該是,將刀頭過死點(diǎn)時(shí)的有效位置處于主驅(qū)動(dòng)齒輪的最后一齒,技術(shù)人員在安裝調(diào)整時(shí)錯(cuò)誤地將合閘過死點(diǎn)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(shí)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(jié)以上原因:PR2型刀閘機(jī)構(gòu)和刀頭的配合太過精密,近乎絕對(duì)的同步性(齒輪最后合閘有效行程39),致使任何因素都會(huì)導(dǎo)致刀頭不過死點(diǎn)而出現(xiàn)打齒現(xiàn)象,即有效的過死點(diǎn)行程太小,抗外界因素變化能力較差。

2技術(shù)實(shí)施

由于PR2型隔離開關(guān)存在上述問題,現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行改造,在不改變二次控制回路,即不改變輔助開關(guān)的運(yùn)行軌跡的基礎(chǔ)上,對(duì)機(jī)構(gòu)箱的機(jī)械部分進(jìn)行改造,增強(qiáng)其耐用性和穩(wěn)定性。

首先考慮拓寬機(jī)構(gòu)主驅(qū)動(dòng)齒輪在刀頭過死點(diǎn)時(shí)的有效行程,從原來的39擴(kuò)充至99,以應(yīng)對(duì)任何因素帶來的同步偏差:然后增加嚙合強(qiáng)度,將原來30mm厚的主驅(qū)動(dòng)齒輪增加到60mm厚。將原來上層的主驅(qū)動(dòng)齒輪(帶鍵齒輪)縮小為帶鍵的凸輪,將中間的輔助驅(qū)動(dòng)齒輪(光軸齒輪)增加厚度至60mm,并掏空內(nèi)部,將輔助驅(qū)動(dòng)齒輪藏于主驅(qū)動(dòng)齒輪中,此時(shí)原來的輔助驅(qū)動(dòng)齒輪作為主驅(qū)動(dòng)齒輪,利用其內(nèi)部的凸起部分來驅(qū)動(dòng)帶鍵凸輪,完成原來的分合閘動(dòng)作,整個(gè)驅(qū)動(dòng)過程沒有任何改變,只是兩個(gè)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(huì)稍快于改造前,二次部件的運(yùn)動(dòng)軌跡無任何變化。

3實(shí)際應(yīng)用

在齒輪改造完成后,需重新對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)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(jī)構(gòu)調(diào)整方法

新機(jī)構(gòu)齒輪安裝在故障刀閘上時(shí),基本上無需調(diào)整即可合閘到位,但需要檢查刀頭過死點(diǎn)時(shí),齒輪的實(shí)時(shí)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(shì),有以下兩種情況可以將機(jī)構(gòu)調(diào)整至更佳的狀態(tài),以達(dá)到穩(wěn)定使用的要求。

情況1:刀頭過死點(diǎn)后,齒輪沒走完的不止一齒,或勉強(qiáng)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(diǎn)行程的最大上限合閘的,此時(shí)需要將垂直連桿下端的螺栓松開,觀察垂直連桿相對(duì)于底盤是否有偏移,若有微微移動(dòng),將螺栓鎖緊,再次手動(dòng)繼續(xù)向合閘方向轉(zhuǎn)動(dòng)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(diǎn)時(shí)齒輪還有多少齒,以剩余一齒為最佳狀態(tài)。

情況2:對(duì)于已調(diào)整過的機(jī)構(gòu),原機(jī)構(gòu)曾經(jīng)因齒輪最后一齒磨損而重新調(diào)整過,此時(shí)該機(jī)構(gòu)所使用過死點(diǎn)的齒已經(jīng)被移動(dòng)到原齒輪的第二個(gè)齒上,很有可能已經(jīng)將有效間隙利用到極限,此時(shí)按情況2解決辦法無效時(shí),可將垂直連桿上端抱箍和定位螺栓松開,將垂直桿轉(zhuǎn)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(jìn)行調(diào)整,嚴(yán)重時(shí)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(jī)構(gòu)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(jī)芯為例,確保刀閘在完全合閘狀態(tài),以觀察刀頭過死點(diǎn)限位和彈簧撥片撥到輔助開關(guān)齒輪的限位螺栓有吐吐聲為準(zhǔn)。禁止在合閘狀態(tài)時(shí),刀頭沒過死點(diǎn)時(shí)拆除機(jī)構(gòu),必須首先人工將刀頭合過死點(diǎn)。合閘位置安裝的新機(jī)構(gòu)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(shí),對(duì)機(jī)構(gòu)齒輪還有一定的反作用力,一旦拆除機(jī)構(gòu)則反作用力消失,此時(shí)在原位置安裝新機(jī)構(gòu),機(jī)構(gòu)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(gè)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(jī)構(gòu)時(shí)連同垂直連桿下端的安裝盤一起拆下,標(biāo)記好安裝盤的位置后,按照相應(yīng)的位置將安裝盤裝到新機(jī)構(gòu)上即可,連接垂直連桿時(shí),若有螺栓孔距偏差,需要強(qiáng)行扭動(dòng)對(duì)正螺孔穿入螺栓,若偏差巨大,應(yīng)該是對(duì)錯(cuò)了安裝盤和機(jī)構(gòu)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(jìn)行觀察和微調(diào)。

方法2:若安裝機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)校對(duì),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(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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(jī)構(gòu)二次部分包含保護(hù)、母差、計(jì)量等母線切換回路,測(cè)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(shí)拆開和接入,必須保證接入原端子回路位置不變動(dòng),輔助開關(guān)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(hù)正常運(yùn)行,引起分合閘位置上送錯(cuò)誤、刀閘無法電動(dòng)操作以及其他刀閘的閉鎖回路不正常等問題。

4結(jié)語

本文針對(duì)PR2型隔離開關(guān)現(xiàn)有機(jī)構(gòu)箱存在的問題進(jìn)行了改進(jìn),設(shè)計(jì)出了一種動(dòng)作可靠、位置指示明確的新型機(jī)構(gòu)箱,有效避免了因操作合閘不到位,機(jī)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(shí)中途停止后反向操作存在打齒的風(fēng)險(xiǎn),保證了輔助開關(guān)的可靠動(dòng)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(jī)構(gòu)箱結(jié)構(gòu)簡單可靠,便于安裝和維護(hù),節(jié)約人力和成本。