碗窑电站开关柜的技术改造

1　引　言
　　江山市碗窑电站于1997年5月投产发电，采用两机一变接线方式，全站共有3 台SN10 型少油断路器，投运几年来存在着严重的故障隐患，表现为导电回路某相发热和渗漏油。每年虽然化费大量精力和时间处理这些问题，但都没能从根本上予以解决。2001 年10 月，我们下决心对3 台开关柜进行了技术改造，用ZN28A 型真空断路器取代了油断路器。
　　
　　2　油断路器存在的问题
　　2.1　油断路器导电回路严重发热
　　本站3 台油断路器生产期是伪劣产品充斥市场时期，产品质量较差，其中35kV 出线开关启动验收时电力部门鉴定为不合格产品，责令限期更换。一号开关B 相、二号开关C 相投运后就发现严重发热，绝缘油发黑，停电后检查绝缘筒也发烫，但解体检查触头烧灼情况并不严重，测触头行程、三相同期性、导电回路接触电阻等均在合适范围内。多次处理并换油，发热状况仍未好转。为监测运行温度，在每台油断路器两相绝缘筒外绑扎两支酒精温度计，观察到正常相温度只比室温略高，发热相温度却要比室温高出10 多度。在这种运行工况下，最担心的是故障时带负荷跳闸，将严重威胁运行安全。
　　
　　2.2　渗漏油严重
　　少油式断路器的又一通病是渗漏油问题。拐臂、放油螺钉、油标等处是止渗难点，最难以处理
　　的是绝缘筒与上下出线座结合部的渗油，采用环氧树脂封堵，用耐油漆、密封胶涂敷都无济于事，拆又拆不开，结果是年年处理年年渗，既污染了运行环境，又留下安全隐患，影响了电站标准化管理。
　　综合我站开关柜油断路器存在的问题，2001年10 月，我们着手对开关柜进行了无油化改造。
　　
　　3　改造方案
　　从改造费用、场地、改造的工作量诸方面考虑，采用换“芯”术改造，即保留原开关柜柜体，
　　仅将油断路器撤下，换上真空断路器，经咨询多家开关厂，用真空断路器代换油断路器技术工艺上完全可行。
　　3.1　真空断路器选型
　　本站35kV 开关柜型号为GBC - 35 - 212 ，6kV开关柜型号为GG- 1AF7 - DA ，经查阅开关厂家资料，采用ZN28A 型真空断路器最为适合。
　　ZN28A 型真空断路器为固定式开关柜专用断路器，其本体自身不带操动机构，一般配合CD10 型电磁操动机构或CT10 弹簧操动机构。本站6KV 开关柜配的CD10 型操动机构正好适合，35KV 手车式开关柜的原CD 型操动机构配ZN28A - 35 型真空断路器时传动机构不够合理，故将该操动机构改为CT10 型弹簧操动机构。
　　原柜油断路器额定电流为1000A ，现选真空断路器为1250A 的，其额定电流及短路开断电流等都提高了一个级次，增大了工作可靠性。
　　3.2　结构特点
　　ZN28A 型真空断路器的型式设计是专门取代SN10 型少油断路器的，故更换时十分方便，其框架结构及安装尺寸与SN10 型少油断路器完全相同，上下出线座铝母排位置也能配合。该断路器还具有寿命长、维护简单、无爆炸危险、无污垢、噪声低等优点，并且适合于频繁操作等比较苛刻的工作条件。
　　3.3　ZN28A 型真空断路器的灭弧工作原理
　　ZN28A 型真空断路器配用中封式纵磁场真空灭弧室，其灭弧原理与油断路器有很大不同。当动、
　　静触头在操动机构作用下带电分闸时，电弧在触头间隙的真空中燃烧。由于触头的特殊结构，燃弧期间触头间隙会产生适当的纵向磁场。这个磁场可使电弧均匀分布在触头表面，以维持低的电弧电压。并使真空灭弧室具有较高的弧后介质强度恢复速度、小的电弧能量和小的电腐蚀速率，从而提高断路器的开断短路电流的能力和触头电寿命。
　　
　　4　开关柜的改造实施过程
　　4.1　真空断路器安装前的检查
　　货到工地开箱后，应认真进行下列项目的检查和维护：
　　1) 检查灭弧室有无破裂漏气，内部有无氧化；
　　2) 检查有无零部件损伤；
　　3) 检查紧固件和电气连接部件有无松动和防松措施；
　　4) 检查有无设置明显的接地点；
　　5) 检查运动部件应灵活无卡滞现象，在活动构件和摩擦面加少量润滑油；
　　6) 清理整体表面灰尘污垢；
　　7) 进行工频耐压试验。
　　4.2　撤下少油断路器
　　拆卸上下导电母排，卸开油断路器与操动机构的垂直连杆及固定螺栓，将油断路器移出开关柜。
　　4.3　安装真空断路器
　　小心将真空断路器移进开关柜，调正在构架上的位置，将四个M16 螺栓穿过机架安装孔固定在
　　构架上。目测或用水平仪校正断路器水平度正常。
　　令操动机构处于分闸位置，以其辅助开关延时动断触点处于闭合位置为基准，将机构传动系统与主轴伸出机架侧板的部分用圆锥销连接，手动试分、合断路器。分、合闸状态大致正常后，连接上下导电母排(有时需修正加工) 。注意安装母排时应保证搭接面接触良好(涂导电膏) ，且母排对断路器本体不应有推、拉、扭等力。
　　4.4　调整试验
　　调整试验内容为：手动分、合闸真空断路器，测量触头开距和接触行程，测量分、合闸速度，测量三相不同期性及触头合闸弹跳时间等。
　　4.4.1　调整触头开距
　　触头开距技术要求：6kV 断路器为11 ±1mm ，35kV 断路器为
　　

　　如不符合要求，则通过增减缓冲器的调整片来达到。
　　4.4.2　调整接触行程
　　断路器合闸，测量接触行程，然后分闸，调整接触行程。
　　接触行程技术要求：6kV 断路器为4 ±1mm，35kV断路器为
　　

　　如不满足要求，可调整绝缘拉杆处的调整螺栓。该螺栓的螺距为1125mm，所以将螺栓旋出半圈，接触行程会增加0.625mm ，反之减少0.625mm。三相接触行程同时变化可调整操动机构垂直导杆来实现，此调整不会改变触头开距。
　　4.4.3　调整三相不同期性
　　接触行程调好后，通电操作，用光线示波器或特性测试仪测量三相分、合闸不同期性。三相分、
　　合闸不同期性技术要求≤2ms。实测6kV 断路器一般为0.45ms ，35kV 断路器为0.8ms。如不符合要求，可分别调整各相触头接触行程。注意调整时要保证绝缘拉杆和垂直导杆螺纹部分旋入螺母的深度不少于15mm。
　　4.4.4　测量平均分、合闸速度
　　用光线示波器或开关动特性测试仪测量断路器的平均分、合闸速度。技术要求：6kV 断路器的合闸速度为0.4 ～0.8mPs ，分闸速度为1 ±0.3mPs ，35kV 断路器合闸速度为0.8 ±0.2mPs ，分闸速度为2.0 ±0.3mPs。如不合要求，可调整分闸弹簧长度来满足。调整时注意，分闸弹簧拉紧是提高分闸速度和缩短分闸时间，但同时降低了合闸速度和延长了合闸时间，反之亦然。
　　4.4.5　测量触头合闸弹跳时间
　　用开关动特性测试仪测量断路器的合闸弹跳时间，6kV 断路器应≤2ms ，35kV 断路器应≤3ms。
　　4.4.6　测量导电回路直流电阻
　　测量导电回路直流电阻。技术要求： 6kV、35kV 断路器均≤50μΩ。
　　4.4.7 　调整二次回路
　　断路器更换后，原二次回路有些变化，辅助开关位置也有所变动。通过调整辅助开关上的连杆与拐臂配合，使断路器分、合闸回路及信号指示回路工作正常、准确。注意调整时连杆与拐臂不能出现死点。
　　4.4.8 　调整弧触指
　　手车式35kV 断路器与柜体导电排连接的弧触指，断路器更换后将有较大的变化，需认真进行调整，保证三相6 只弧触指都要准确定位。
　　4.4.9 　进行工频耐压试验
　　在合闸状态进行相间、相对地，在分闸状态进行断口间的工频交流耐压试验。技术要求： 6kV 断路器为42kVP/min ；35kV 断路器为95kVP/min。
　　4.5　操作试验
　　1) 高电压操作试验5 次： 合闸110 %Ue 、分闸120 %Ue ；
　　2) 低电压操作试验5 次： 合闸85 %Ue 、分闸65 %Ue ；
　　3) 额定电压手动、电动各操作5 次；
　　4) 手动慢分、慢合、检查断路器各部件工作情况应无卡滞； 电动分、合闸应灵活可靠。
　　
　　5　投运及维护
　　真空断路器安装调试合格，即可投入正常运行。正常运行的真空断路器虽然稳定可靠，但每年
　　仍应定期进行必要的维护检查或试验，项目如下：
　　1) 进行外观全面清扫，给传动部件加润滑油；
　　2) 检查本体及操动机构各部位螺钉有无松动；
　　3) 检查合闸回路及操作回路，调整试验准确；
　　4) 机械特性测量： 接触行程、触头开距、同期性、分合闸速度、分合闸时间；
　　5) 测量导电回路直流电阻；
　　6) 测量一次和二次回路绝缘电阻；
　　7) 进行工频交流耐压试验，以检验真空灭弧室的真空度；
　　8) 检查触头烧损厚度；
　　9) 整组分、合闸操作试验。
　　
　　6　结束语
　　本次开关柜技术改造由于论证充分，工作细致，准备全面，3 台开关改造总费用仅8 万余元，
　　工期仅化了3 天，改造效果明显。
　　开关柜改造后两年多来，真空断路器运行安全可靠，极大地减轻了检修人员工作量，设备环境也大为改观