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,將嚴(yán)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(guān),一旦出現(xiàn)分合閘故障,會導(dǎo)致電網(wǎng)大面積停電。江門局220kV外海變電站、220kV開平變電站等多個電站,均出現(xiàn)了由于機構(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、傳動裝置、導(dǎo)電閘刀、靜觸頭、操動機構(gòu)等。PR2型隔離開關(guān)使用單相機構(gòu)驅(qū)動三相分合閘的機械聯(lián)動,由主驅(qū)動齒輪(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,刀頭拐臂過死點,主驅(qū)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(qū)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(gòu)主驅(qū)動齒輪的最后一個齒的行程,若刀頭拐臂死點和機構(gòu)主驅(qū)動齒輪最后一齒配合不當(dāng),就容易出現(xiàn)主驅(qū)動齒輪磨損或削切齒牙的情況。配合不當(dāng)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(dāng),有一定的應(yīng)力,但可以正常過死點。
(2)由于長時間運行中的基礎(chǔ)變形,或其他因素導(dǎo)致刀閘三相拐臂不同時過死點,造成三相全部過死點的微行程疊加,造成機構(gòu)驅(qū)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(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,以至于在機構(gòu)主驅(qū)動齒輪最后一齒走完時,刀頭未過死點而被彈回。
(4)原驅(qū)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(shù)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(yīng)該是,將刀頭過死點時的有效位置處于主驅(qū)動齒輪的最后一齒,技術(shù)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(jié)以上原因:PR2型刀閘機構(gòu)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(dǎo)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(shù)實施
由于PR2型隔離開關(guān)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(guān)的運行軌跡的基礎(chǔ)上,對機構(gòu)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(gòu)主驅(qū)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(yīng)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(qū)動齒輪增加到60mm厚。將原來上層的主驅(qū)動齒輪(帶鍵齒輪)縮小為帶鍵的凸輪,將中間的輔助驅(qū)動齒輪(光軸齒輪)增加厚度至60mm,并掏空內(nèi)部,將輔助驅(qū)動齒輪藏于主驅(qū)動齒輪中,此時原來的輔助驅(qū)動齒輪作為主驅(qū)動齒輪,利用其內(nèi)部的凸起部分來驅(qū)動帶鍵凸輪,完成原來的分合閘動作,整個驅(qū)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(yīng)用
在齒輪改造完成后,需重新對機構(gòu)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(gòu)調(diào)整方法
新機構(gòu)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(gòu)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(zhuǎn)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(gòu),原機構(gòu)曾經(jīng)因齒輪最后一齒磨損而重新調(diào)整過,此時該機構(gòu)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(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進行調(diào)整,嚴(yán)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(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(guān)齒輪的限位螺栓有吐吐聲為準(zhǔn)。禁止在合閘狀態(tài)時,刀頭沒過死點時拆除機構(gòu),必須首先人工將刀頭合過死點。合閘位置安裝的新機構(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,對機構(gòu)齒輪還有一定的反作用力,一旦拆除機構(gòu)則反作用力消失,此時在原位置安裝新機構(gòu),機構(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(gòu)時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構(gòu)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(yīng)該是對錯了安裝盤和機構(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)更換的步驟進行觀察和微調(diào)。
方法2:若安裝機構(gòu)后調(diào)整過程中發(fā)現(xiàn)合閘或分閘偏差較大,無需再次取下機構(gòu)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(zhuǎn)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(gòu)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(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(jié)語
本文針對PR2型隔離開關(guān)現(xiàn)有機構(gòu)箱存在的問題進行了改進,設(shè)計出了一種動作可靠、位置指示明確的新型機構(gòu)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(fēng)險,保證了輔助開關(guān)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(gòu)箱結(jié)構(gòu)簡單可靠,便于安裝和維護,節(jié)約人力和成本。
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