110kV高压断路器为何多采用三相机械联动

110kV高压断路器为何多采用三相机械联动

郑循

（国网山西省电力公司运城供电公司山西运城044000）

摘要：高压断路器是电力系统中的重要元件之一，在电力系统运行方式调整及对系统中故障的隔离起重要作用。高压断路器按操动机构配置分三相机械联动操作和分相操作两类：三相机械联动断路器三相共用一台操动机构，相间通过机械连杆连接，实现三相断路器的同时分合；分相操作断路器每相配置独立操动机构，可实现分相操作，若在汇控箱中增加联动操作继电器同时用电缆将三相操动机构连接起来，可实现三相电气联动操作。目前我国电网中110kV及以下系统均采用三相机械联动断路器；220kV及以上系统中线路单元高压断路器因考虑系统联网运行可靠性以及线路故障中单相故障占比高等因素，多采用分相操作断路器；对于母线、变压器、电抗器等不允许非全相运行的元件则需采用三相联动断路器。三相联动断路器有三相机械联动与三相电气联动之分，220kV及以上电压等级的高压断路器极间距较长，因加工安装工艺复杂等原因三相机械联动方式可靠性稍低，现场应用的三相电气联动断路器较常见。

关键词：110kV高压断路器；三相机械联动

1故障分析

2016年4月，在某330kV变电站新增110kV间隔断路器安装过程中，在分相进行断路器本体吊装过程时，断路器厂家技术指导人员图安装方便，在现场工程安装负责人不知情的前提下，将断路器中相固定拐臂的螺栓私自拆除，造成断路器中相出厂拐臂位置发生变化。在断路器组装完成后，在对断路器进行机械特性实验时，发现断路器刚分、刚合速度以及断路器分、合同期数值始终不能满足断路器要求实验数值，在对断路器本体与操动机构进行多次调整后，各项试验数值也只能满足断路器要求数值的临界值。

对此现场安装技术人员认为ll0kV断路器设备也应像220kV断路器一样选用本体与机构直接连接的三相电气联动操动机构来替代现有的三相机械联动机构。那么在110kV电压等级断路器设备中，三相电气联动机构的故障率是否就低于三相机械联动的机构呢。下面对ll0kV电压等级时两种机构可能出现的故障进行分析。

2三相电气联动与三相机械联动机构故障率分析

2.1三相电气联动机构与三相机械联动机构

高压断路器在电力系统中起两方面的作用，一是控制作用，即根据电网的运行需要，由高压断路器把一部分电力设备及线路投入或退出运行；二是保护作用，即当电力设备或线路发生故障时，与继电保护和自动装置配合，迅速断开，切除故障，保护电力系统无故障部分的正常运行。

三相电气联动的高压断路器一般采用三个独立操动机构，通过汇控箱使机构之问达到电气联接来实现三相联动，各相机构传动输出轴赢接与极柱相连。220kV及以上断路器大部分均采用三相电气联动机构。

三相机械联动的高压断路器一般采用一个操动机构，断路器三个极柱与操动机构之间通过操作连杆联接。这种操动机构多见于35kV及1l0kV电压等级的断路器。

按SDJ5―85《高压配电装置设计技术规程》及国网公司《电力安全技术规程》要求，户外配电装置的相间距离必须满足如下要求，即1l0kV.，220kV、330kV高压电气设备的相问距离必须分别大于或者等于1000mm，2000mm，2800mm。

2.2故障可能性分析

通过故障原因对断路器各类故障进行了分类。故障类型如下表1：

表1发生各类故障的可能性

通过对三相电气、机械联动操动机构故障发生率的可能性分析，按表l进行分析。其中（冰）表示弹簧机构和极柱本体之间为赢接连接。对绝缘击穿这种故障，两种机构类型的故障率是相同的。而对断路器无法开断这种故障，故障又分为机械原因和电气_次网路原闵，机械方面造成断路器无法开断的原因多为机构卡涩、弹簧出力不足等原因，电气方面主要是分合闸回路不通、继电器卡涩以及线圈烧损等原因，综合考虑这种故障的发生率发现其实两种机构类型也是相同的。区别在于弹簧机构内部的机械故障的不同以及弹簧机构与本体之间的机械故障的不同，即表中的P3、P4和P5。下面通过可能性故障分析来确定他们之间的关系。

2.3故障分析

2.3.1机构与本体之间出现故障的可能

与三相电气联动操动机构相比，机械联动的断路器安装要相对困难。首先它需要在断路器三极之问进行准确的位鼹调整，才能有效确保断路器三极之间的机械联接在允许误差范嗣之内并保证断路器的分合同期性。而与之相反，三相电气联动操动机构由于机构与断路器极柱：甑接连接，受到现场安装因素影响的情况也要少很多，实际安装要求相对就容易实现。但是，现在断路器厂家普遍在断路器本体上留有断路器安装位置的指示标记，而且安装现场又有生产厂家技术人员。因此，三相机械联动机构的安装变得相对容易。

其次，对于三相机械联动机构，各相上受到的力以及能量的传递是不一样的，离机构最近的一相会承受比较大的机械应力，由此引起的各相之间的振动也不一样，离机构最近的一相，其振动程度最严重。

此外，由于大气温度的变化，金属会热胀冷缩，各极直接的金属连杆长度的变化会使断路器分合闸时的位置发生改变。但相关文献指出，机械连杆的应力变化是与极柱之间的连杆长度有关的，当连杆长度等于lm时，机械应力变化是呈现线性变化的，可以看出，1l0kV电压等级断路器显然是满足相关要求的。

从以上分析看出，只要在安装过程中严格按照施工图纸、工程质量要求严格施工，由于人为造成的故障是可以消除的，又由于ll0kV设备相间安全距离为1.0m，即断路器各极之问连杆的力与能量的变化是线性变化的，其微小的变化对断路器性能造成影响在允许范围内。

2.3.2机构本身故障可能性

与三相电气联动机构相比，三相机械联动机构所需操作功比后者要大，产生的应力和振动就大，对机构的破坏就大。当然，对各制造商来说，其产品性能与其制造质量、丁艺水平有很大关系，而且随着现在制造工业的发展，断路器所用材料的材质硬度也比以前要好很多。用户可以选用年平均故障率低、质量可靠的制造商的产品以降低故障率。所以现在两种机构本身故障可能性是基本相同的。

3结论

根据以上分析，三相电气联动断路器虽然能够实现三相断路器的同步分合，但采用三相联动继电器的操作方式，难以满足断路器分合闸时间的要求，设计部门和生产厂家应尽量避免采用此种机构接线方式。随着近些年各断路器生产厂家工艺技术的进步，多数断路器生产厂家已经能够生产满足要求的三相机械联动高压断路器，用户在采购三相联动断路器时，应优先选用三相机械联动操作的高压断路器，以满足现场使用需要。在现场进行三相联动高压断路器的分合闸时间测试时，试验接线应接至继电保护分合闸操作的连接端子处，避免直接在断路器的分合闸线圈处接线进行测试，否则难以发现本文中出现的分合闸时间超标问题，从而导致现场应用中对电网安全稳定运行产生影响。

参考文献

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