西门子PR2型隔离开关合闸不到位缺陷处理

引言

隔离开关作为变电一次主要设备,在保证变电站可靠运行方面起着不可或缺的作用,当隔离开关无法正常分合闸或者分合闸不到位时,将严重影响电网安全性和稳定性,尤其是电压等级220kV以上的隔离开关,一旦出现分合闸故障,会导致电网大面积停电。江门局220kV外海变电站、220kV开平变电站等多个电站,均出现了由于机构箱问题导致PR2型隔离开关无法正常分合闸的重大或紧急缺陷。

西门子PR2型隔离开关是双臂垂直断口剪刀式户外高压隔离开关,主要部件包括底座、绝缘支柱、传动装置、导电闸刀、静触头、操动机构等。PR2型隔离开关使用单相机构驱动三相分合闸的机械联动,由主驱动齿轮(上层齿轮)的齿数决定了刀闸的分合总行程。当刀闸分合到位时,刀头拐臂过死点,主驱动齿轮刚好走完最后一个齿,由于操作力过大,配合不够精密,最后一齿容易出现非正常磨损或切削,造成合闸不到位,即刀头不过死点的现象,如图1所示。

图1合闸不到位情况说明

1原因分析

PR2型刀闸依靠精密的齿轮啮合和硬性连杆驱动三相,在刀头拐臂通过死点时需要的力最大,刀头拐臂通过死点的行程取决于机构主驱动齿轮的最后一个齿的行程,若刀头拐臂死点和机构主驱动齿轮最后一齿配合不当,就容易出现主驱动齿轮磨损或削切齿牙的情况。配合不当有以下几个原因,如图2所示。

(1)调试时的死点配合不恰当,有一定的应力,但可以正常过死点。

(2)由于长时间运行中的基础变形,或其他因素导致刀闸三相拐臂不同时过死点,造成三相全部过死点的微行程叠加,造成机构驱动齿轮最后一齿在受到过死点时高强度作用力,最后一齿行程不够而出现切削打齿现象。

(3)由于垂直连杆与上传动链接部位是用两条卷簧销十字铆死,但由于机构输出力比较大,开口弹簧销出现弯曲变形,造成行程变化,以至于在机构主驱动齿轮最后一齿走完时,刀头未过死点而被弹回。

(4)原驱动齿轮较薄(厚30mm),啮合长度不够,长时间不正常反作用力的扭矩对马达输出齿轮的高强度冲击,造成马达输出轴齿轮的齿牙磨损和一边倒的形变,以至于在最后一齿过死点时容易打滑。

(5)技术人员安装调整错误问题:该型号刀闸的正确调整方法应该是,将刀头过死点时的有效位置处于主驱动齿轮的最后一齿,技术人员在安装调整时错误地将合闸过死点的有效位置调整在中间辅助齿轮的最后一齿上,这样就造成了初装时刀闸可以正常分合闸,但薄弱的中间辅助齿轮经受不了多次的分合受力而慢慢出现打齿现象。

图2合闸不到位示意图

总结以上原因:PR2型刀闸机构和刀头的配合太过精密,近乎绝对的同步性(齿轮最后合闸有效行程39),致使任何因素都会导致刀头不过死点而出现打齿现象,即有效的过死点行程太小,抗外界因素变化能力较差。

2技术实施

由于PR2型隔离开关存在上述问题,现对其进行改造,在不改变二次控制回路,即不改变辅助开关的运行轨迹的基础上,对机构箱的机械部分进行改造,增强其耐用性和稳定性。

首先考虑拓宽机构主驱动齿轮在刀头过死点时的有效行程,从原来的39扩充至99,以应对任何因素带来的同步偏差:然后增加啮合强度,将原来30mm厚的主驱动齿轮增加到60mm厚。将原来上层的主驱动齿轮(带键齿轮)缩小为带键的凸轮,将中间的辅助驱动齿轮(光轴齿轮)增加厚度至60mm,并掏空内部,将辅助驱动齿轮藏于主驱动齿轮中,此时原来的辅助驱动齿轮作为主驱动齿轮,利用其内部的凸起部分来驱动带键凸轮,完成原来的分合闸动作,整个驱动过程没有任何改变,只是两个齿轮的配合方式不同而已,如图3、图4所示。

改造前后的一次部件合闸过程无任何变化,分闸过程在中途会稍快于改造前,二次部件的运动轨迹无任何变化。

3实际应用

在齿轮改造完成后,需重新对机构进行调整,因在分合闸不同位置安装,调整方法有所不同。

3.1分闸位置安装的新机构调整方法

新机构齿轮安装在故障刀闸上时,基本上无需调整即可合闸到位,但需要检查刀头过死点时,齿轮的实时位置,以剩余一齿为最佳状态,为充分体现新型齿轮的优势,有以下两种情况可以将机构调整至更佳的状态,以达到稳定使用的要求。

情况1:刀头过死点后,齿轮没走完的不止一齿,或勉强走完而回弹声音比较大,这说明该刀闸合闸到位较早,是在齿轮的有效过死点行程的最大上限合闸的,此时需要将垂直连杆下端的螺栓松开,观察垂直连杆相对于底盘是否有偏移,若有微微移动,将螺栓锁紧,再次手动继续向合闸方向转动齿轮,感觉阻力是否减小和回弹声音是否正常,然后分闸后再次合闸观察刀头过死点时齿轮还有多少齿,以剩余一齿为最佳状态。

情况2:对于已调整过的机构,原机构曾经因齿轮最后一齿磨损而重新调整过,此时该机构所使用过死点的齿已经被移动到原齿轮的第二个齿上,很有可能已经将有效间隙利用到极限,此时按情况2解决办法无效时,可将垂直连杆上端抱箍和定位螺栓松开,将垂直杆转回到原始位置并锁紧抱箍和定位螺栓,再次按照情况1、2进行调整,严重时需要按照新刀闸安装调整方法重新安装垂直连杆,并重新打孔安装定位销。

3.2合闸位置安装的新机构调整方法

合闸位置的更换过程和调整,以提供改造后带箱体的机芯为例,确保刀闸在完全合闸状态,以观察刀头过死点限位和弹簧拨片拨到辅助开关齿轮的限位螺栓有吐吐声为准。禁止在合闸状态时,刀头没过死点时拆除机构,必须首先人工将刀头合过死点。合闸位置安装的新机构调整,由于刀闸此前出现过故障,刀头在完全合闸位置时,对机构齿轮还有一定的反作用力,一旦拆除机构则反作用力消失,此时在原位置安装新机构,机构输出的梅花轴和垂直连杆下端的安装盘已经有了大约一个梅花轴齿的位移,有以下两种方法可以找回正确的安装位置。

方法1:拆除机构时连同垂直连杆下端的安装盘一起拆下,标记好安装盘的位置后,按照相应的位置将安装盘装到新机构上即可,连接垂直连杆时,若有螺栓孔距偏差,需要强行扭动对正螺孔穿入螺栓,若偏差巨大,应该是对错了安装盘和机构输出轴的梅花键牙,参照情况2的方法找回正确的安装位置,然后按照分闸状态更换的步骤进行观察和微调。

方法2:若安装机构后调整过程中发现合闸或分闸偏差较大,无需再次取下机构校对,只需要拆除垂直连杆的上下端螺栓、抱箍和定位螺栓,拿掉垂直连杆后,可取下安装盘向缺少行程方向转动一个梅花键牙(约109,则齿轮走1.5齿),调整后重新安装。

220kV变电站刀闸机构二次部分包含保护、母差、计量等母线切换回路,测控遥信回路,刀闸操作闭锁回路,刀闸操作回路,如涉及二次线的临时拆开和接入,必须保证接入原端子回路位置不变动,辅助开关行程位置与原来一致,检查接线是否紧固,防止误接线、接触不良影响保护正常运行,引起分合闸位置上送错误、刀闸无法电动操作以及其他刀闸的闭锁回路不正常等问题。

4结语

本文针对PR2型隔离开关现有机构箱存在的问题进行了改进,设计出了一种动作可靠、位置指示明确的新型机构箱,有效避免了因操作合闸不到位,机芯操作齿轮或中间齿轮打齿造成齿轮、齿牙损坏及刀闸操作时中途停止后反向操作存在打齿的风险,保证了辅助开关的可靠动作及分合闸指示的正确性,分合闸指示更加清晰,且改造后的机构箱结构简单可靠,便于安装和维护,节约人力和成本。