淺談彈簧操作機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

摘 要：陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司某變電站在2004年將少油型斷路器更換為真空斷路器，并配套使用了CD19型電磁操作機(jī)構(gòu)。電磁操作機(jī)構(gòu)在實際使用過程中暴露出一些問題，于是將其更換為彈簧操作機(jī)構(gòu)，使站內(nèi)設(shè)備運行更加安全、可靠?，F(xiàn)主要對該站現(xiàn)場使用的彈簧操作機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點進(jìn)行了分析，以供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：斷路器;電磁操作機(jī)構(gòu);彈簧操作機(jī)構(gòu)

0 引言

陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司某變電站自1983年投入運行至今，站內(nèi)設(shè)備隨著我國電力的不斷發(fā)展，根據(jù)地區(qū)需求進(jìn)行了多次改造和更換，電氣設(shè)備的更新?lián)Q代也見證了我國電力建設(shè)的不斷進(jìn)步和發(fā)展。當(dāng)前該站各設(shè)備已經(jīng)能滿足和適應(yīng)電力發(fā)展的需要。斷路器是變電站一次設(shè)備的重要組成部分，該站于2004年將少油型斷路器更換為更加安全可靠的真空斷路器，不僅滿足了變電站對電氣設(shè)備發(fā)展的需要，同時也滿足了變電站對設(shè)備安全性、可靠性等方面的需求。與該站真空斷路器相配套的操作機(jī)構(gòu)為電磁型操作機(jī)構(gòu)，是斷路器重要的配套設(shè)備，可以實現(xiàn)斷路器的分合閘操作。按照操作機(jī)構(gòu)不同的動作能量來源，可以將其分為電磁操作機(jī)構(gòu)、彈簧操作機(jī)構(gòu)、液壓操作機(jī)構(gòu)等。

斷路器觸頭實現(xiàn)分合閘是通過斷路器中配套的操作機(jī)構(gòu)完成的。操作機(jī)構(gòu)性能好壞對斷路器工作性能有著直接影響，對于變電站來說，操作機(jī)構(gòu)能夠可靠地進(jìn)行分合閘，直接影響到變電站的安全運行。因此，變電站要根據(jù)實際設(shè)備運行需要，選用合適的斷路器操作機(jī)構(gòu)，以保證設(shè)備運行的可靠性。

1 電磁操作機(jī)構(gòu)在實際使用中的不足

該站斷路器配套的電磁操作機(jī)構(gòu)在安裝使用后運行至今，能夠按照工作要求實現(xiàn)斷路器的分合閘操作，為變電站的安全運行做出很大貢獻(xiàn)。隨著電力不斷發(fā)展，人們對電力安全的要求越來越高。近幾年站內(nèi)的真空斷路器在操作時發(fā)生了多次空合閘現(xiàn)象，不僅延誤了計劃送電時間，更為變電站的安全運行帶來了巨大的隱患。實際使用配套電磁操作機(jī)構(gòu)的斷路器時發(fā)生過多起事故，如2018年發(fā)生斷路器的直流接觸器觸點磨損嚴(yán)重事故，觸點不良導(dǎo)致合閘回路沒有接通無法進(jìn)行合閘;2019年發(fā)生斷路器合閘時合閘線圈燒毀事故;2020年直流屏內(nèi)蓄電池發(fā)生故障，在進(jìn)行斷路器合閘時發(fā)生了電源功率不足導(dǎo)致的空合閘事故。

電磁操作機(jī)構(gòu)經(jīng)過多年使用，雖然可以滿足變電站的日常操作需要，但存在以下不足：

（1）使用電磁操作機(jī)構(gòu)的斷路器在合閘時需要較大的電源能量，為了滿足電源要求，變電站需要配置大功率的合閘電源。該站使用的CD19型電磁操作機(jī)構(gòu)，合閘額定電流達(dá)到147 A，可見在斷路器合閘時需要提供足夠大的瞬時功率，才能保證斷路器合閘成功。

（2）電磁操作機(jī)構(gòu)由于合閘時電流較大，在控制回路中不能夠直接利用控制回路啟動合閘線圈，需要將合閘接觸器串聯(lián)到控制回路中，利用接觸器接通合閘線圈來實現(xiàn)斷路器合閘。

（3）電磁操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行合閘時需要大功率的直流電源提供能量，對變電站中直流系統(tǒng)的要求較高，需要單獨安裝專用合閘回路使電源能提供足夠的能量，同時合閘電源和控制電源分開，使得直流系統(tǒng)接線較復(fù)雜。

（4）電磁操作機(jī)構(gòu)對直流系統(tǒng)中的蓄電池要求較高，蓄電池需在合閘瞬間為電磁操作機(jī)構(gòu)提供能量，并在此過程中要釋放巨大的能量以滿足合閘要求，給蓄電池和合閘回路帶來較大沖擊。該站發(fā)生過一起蓄電池故障退出運行導(dǎo)致斷路器在合閘時能量不足出現(xiàn)空合閘的事故。

2 彈簧操作機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

電磁操作機(jī)構(gòu)存在的上述缺陷對該站的安全運行產(chǎn)生了負(fù)面影響。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)中應(yīng)用的各種電氣設(shè)備不斷完善和升級，以適應(yīng)電力系統(tǒng)的發(fā)展需要。變電站作為電力系統(tǒng)中重要的環(huán)節(jié)，對站內(nèi)使用的電氣設(shè)備的安全性和可靠性要求較高，一些不滿足要求的設(shè)備逐漸被替換或淘汰。該站使用的電磁操作機(jī)構(gòu)在近幾年發(fā)生過多起事故，給變電站的安全運行帶來了隱患。為此，該站決定將真空斷路器的電磁操作機(jī)構(gòu)更換為性能更加可靠的彈簧操作機(jī)構(gòu)，以解決當(dāng)前的設(shè)備隱患問題，滿足當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。在了解當(dāng)前操作機(jī)構(gòu)的前提下，結(jié)合站內(nèi)實際情況，該站決定將現(xiàn)在使用的CD19型電磁操作機(jī)構(gòu)（圖1）更換為CT19BW-114型彈簧操作機(jī)構(gòu)（圖2）。

利用安裝在機(jī)構(gòu)內(nèi)的彈簧動力進(jìn)行分合閘的操作機(jī)構(gòu)被稱為彈簧操作機(jī)構(gòu)。彈簧操作機(jī)構(gòu)與電磁操作機(jī)構(gòu)的區(qū)別是，電磁操作機(jī)構(gòu)利用電磁力進(jìn)行分合閘操作，兩者的動力來源不同，主要結(jié)構(gòu)也存在較大的區(qū)別。從圖1、圖2可以看出，彈簧操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部傳動機(jī)構(gòu)較多，而電磁操作機(jī)構(gòu)電磁部分為主要結(jié)構(gòu)。彈簧操作機(jī)構(gòu)主要由合閘彈簧、分閘彈簧、鎖定機(jī)構(gòu)、主傳動軸、控制裝置等部分組成。在彈簧操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行合閘操作時，主要依靠已儲能的合閘彈簧提供動力，帶動主傳動軸使斷路器的觸頭接觸;分閘時利用分閘彈簧的作用力使分閘鎖扣解脫，帶動主傳動使導(dǎo)電桿運動實現(xiàn)斷路器的分閘。

3 彈簧操作機(jī)構(gòu)在實際使用中的優(yōu)點

彈簧操作機(jī)構(gòu)在更換和實際使用中，具有以下優(yōu)點：

（1）在彈簧操作機(jī)構(gòu)的實際使用中發(fā)現(xiàn)，彈簧操作機(jī)構(gòu)在合閘時，合閘彈簧釋放儲存動力的速度較快，斷路器以較快的速度合閘，減少了斷路器觸頭在合閘時產(chǎn)生的電弧對觸頭的損耗，降低了斷路器由于電弧作用使接觸電阻增加的概率，延長了觸頭使用周期。

（2）彈簧操作機(jī)構(gòu)在合閘時速度較快，可以實現(xiàn)斷路器快速重合閘，提高電力系統(tǒng)的可靠性。

（3）斷路器可以更快地實現(xiàn)合閘，可以使斷路器控制回路利用常閉觸點對合閘回路實現(xiàn)快速斷電，避免合閘線圈由于通電時間過長而被燒毀。

（4）在彈簧操作機(jī)構(gòu)的控制回路中，將儲能彈簧拉緊的常閉觸點串聯(lián)到儲能電機(jī)的啟動回路中，在儲能彈簧儲能完畢并且滿足合閘要求后，儲能彈簧拉緊的常閉觸點斷開儲能電機(jī)回路，避免電機(jī)長時間通電而燒毀。

（5）彈簧操作機(jī)構(gòu)的合閘線圈不直接為合閘機(jī)構(gòu)提供動力，只為啟動儲能電機(jī)提供動力，可以以較小的能量接通儲能回路，所以可選擇尺寸較小的合閘線圈，以減小設(shè)備安裝的空間。

（6）在彈簧操作機(jī)構(gòu)的控制回路中，可以用較小的電能實現(xiàn)斷路器合閘，所以可以不再單獨設(shè)置合閘電源;二次電源接線較為簡單、可靠，并且功率較小，故可以選擇直流或交流電源作為合閘電源。

（7）彈簧操作機(jī)構(gòu)的電源可以選擇直流或交流，可選擇較小容量的直流系統(tǒng)，以節(jié)約投資成本。

（8）控制回路中單獨設(shè)立了儲能信號回路，在彈簧儲能狀態(tài)下儲能信號應(yīng)常亮，以指示儲能完好，提高設(shè)備運行的安全性和可靠性。

4 彈簧操作機(jī)構(gòu)在實際使用中的缺點

彈簧操作機(jī)構(gòu)的應(yīng)用，提高了變電站運行的安全性和可靠性，但實際應(yīng)用中也存在以下缺點：

（1）彈簧操作機(jī)構(gòu)和電磁操作機(jī)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，在電磁操作機(jī)構(gòu)中零部件約有150個，而在彈簧操作機(jī)構(gòu)中零部件達(dá)到200多個，并且零件的制造工藝和精度要求較高，制造成本和投入較大，對后期安裝和維護(hù)的要求也較高。

（2）彈簧操作機(jī)構(gòu)雖然可以實現(xiàn)較快速度合閘，但也給設(shè)備帶來了較大沖擊，對設(shè)備結(jié)構(gòu)和各零部件的強(qiáng)度要求更高，同時增大了斷路器觸頭的磨損。

5 結(jié)語

彈簧操作機(jī)構(gòu)在使用中雖然存在一些不足之處，但在很多方面滿足了現(xiàn)在電力系統(tǒng)的需求，并且解決了前期電磁操作機(jī)構(gòu)存在的一些問題，是一種可靠的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。

收稿日期：2020-10-22

作者簡介：袁洋（1984—），男，山西朔州人，電氣工程師，研究方向：電氣。