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1、广东湛江供电局 ABB高压开关知识讲座,2006.08.28,全弹簧操动机构的SF6高压断路器-HPL产品特点、设计原理、运行和维护,80,63,50,40,31.5,20,72,170,300,550,800,1150,245,420,额定开断电流 (kA),额定电压 (kV),On Request,On Request,断路器产品系列,72.5-800kV / 63kA,ABB 北京 SF6断路器的主要产品,1、110kV等级：LTB145D1/B 配BLK222型操作机构（三相联动） 2、 220kV等级：LTB245E1 配BLK222型操作机构 （分相操 配BLG1002A型操作机构
2、（三相联动） HPL245B1 配BLG1002A型操作机构 （分相操作） 配BLG1002A型操作机构 （三相联动） 3、 500kV等级：HPL550B2 配BLG1002A型操作机构 （分相操作） 目前，我厂是除瑞典母厂外，在ABB集团内唯一可以生产全系列高压断路器的生产基地。,ABB HPL SF6 断路器的主要特点,1、从72.5kV-800kV的断路器，唯一可以实现全弹簧操作。 2、从72.5kV-800kV的断路器，唯一可以实现全开断时间在40ms 以内。 3、唯一可以生产220kV等级的机械三相联动的断路器。,ABB HPL SF6 断路器的主要特点,1、先进的灭弧机理和优化的
3、灭弧室结构 2、密封性高，防止SF6气体泄漏 3、配用简洁、可靠的弹簧操作机构 4、易于安装和调试 5、极少的日常维护工作量,HPL系列断路器灭弧以介电设计和电弧物理研究的最新发展为基础：,优化的触头设计和运动 优化电流过零时的熄弧过程 优化的触头间隙 持续电流通道和电弧电流通道各自分开 以先进的计算机技术辅助设计，对所有部件的电应力和机械应力进行了优化,开断容性电流无重击穿 开断感性电流时过电压低 零表压下高水平的绝缘强度 维护周期长 组件可靠,ABB HPL SF6 断路器的主要特点,220 kV SF6 瓷柱式高压断路器,HPL 型 带BLG 1002A 型弹簧操作机构,额定电压 245
4、 kV 额定电流 4000 A 额定短路开断电流 50kA 工作环境温度 -30 - +40 户外安装,产品系列,550 kV SF6 瓷柱式高压断路器,HPL 型 带BLG 1002A 型弹簧操作机构,额定电压 550 kV 额定电流 4000A 额定短路开断电流 63 kA 工作环境温度 -30 - +40 户外安装,产品系列,HPL 550B2: 为中国市场作的特殊试验,触头寿命试验 63 kA 20次开断 20 kA 200次开断 机械寿命试验 10，000 次 失步开断电流 40% 额定开断电流,出厂试验,1、耐高气压试验(1.05MPa) 2、气密性试验 3、断路器工频耐压试验 4
5、、主回路电阻测试 5、操作机构二次回路2kV工频耐压试验(电机900V) 6、机械试验(合、分、合分、分-合分、同期、 时间、速度，最高、最低、额定电压，线圈最 低动作电压等等。,HPL 550B2 一次尺寸布置图,HPL 550B2 一次尺寸布置图,J=7571mm H=4882mm F=4135mm 绝缘体底部距地面的最小净距=2508mm,HPL 550B2 一次尺寸布置图,一次尺寸布置图,合闸回路,二次原理图,先进的灭弧机理和优化的灭弧室结构,灭弧室 支持瓷套,压气工作原理,HPL B 灭弧室部分,旧 HPL B 触头 新 HPL B 触头 更少的元件 更高的可靠性/ 更快地组装 更好
6、的性能: 3150 A 4000 A,HPL B 灭弧室部分,旧 HPL B 每相断路器的全部零件: 800,新 HPL B 每相断路器的全部零件: 220,HPL B 灭弧室部分,静触头,HPL B 灭弧室部分,HPL B 灭弧室部分,压气腔,拉杆,铝件加热(使之膨胀)，然后 粘接在拉杆上 铝件只在断路器操作时受力作用 (例如：在断路器使用寿命中铝件的受力时间为 10,000*0.2S = 2000 S) 环氧基质的粘接剂与飞机制造中 铝质元件的粘接剂相同 型式试验 拉力试验 对操作拉力 安全系数 4 使用环境：-55 +115 在断路器上按IEC56进行绝缘试验 在断路器上进行机械操作试验
7、 10,000 次操作,弹簧操作的力特性,连杆系统具有很强的灵活性和极大的优点，可根据需要调整加速度 连杆系统可以使灭弧室设计更简单可靠，如设计开断大电流时不需要用过压阀释放压力,弹簧操作的力特性,动、静密封,动密封：双 X 型密封结构 静密封：双 O 型密封结构 确保 -50环境下优异的密封性能,动、静密封,低温性能,几乎所有ABB 断路器的设计为 -40 对于实际使用温度 -30时，断路器具有设计裕度 低温试验至 -50 确保正常情况下具有优异的气体密封 HPL 550B2 具有极端的环境使用实例 BC Hydro reactor -50下操作,弹簧操作机构,弹簧操动机构的主要特点是： -
8、能量的可利用性 -全面的可靠性 -良好的低温特性 -维护需要较少的技巧,弹簧操作机构,一、能量的可利用性： 仅有一种操动机构可以将能量存储在安全的状态-弹簧操动机构。一旦其储能，其可以保持能量而不损失一点。 断路器由简单的掣子保持在合闸或分闸位置，由脱扣脉冲释放。 断路器合闸后，保证提供跳闸操作需要的能量。 当今的SF6压气式断路器，对灭弧室已作了优化设计，仅需要低的能量，使用一台弹簧操动机构可以操作多至4断口的断路器，如ABB1984年生产的HPL 550T4004，所需能量超过HPL550B2的10%。 操动机构的能量可以灵活调整，适用于大范围的需要不同能量的断路器。,弹簧操作机构,二、全
9、面的可靠性： 阀、密封、压缩机、管路、压力容器等的锈蚀和磨损导致故障和泄漏，占断路器故障的30%-40%。使用弹簧和机械掣子系统减少了这些部件，确保机构的可靠性 。 高的气压或液压会引起一系列问题，特别是密封处的泄漏。无可否认，压缩机和泵可以补偿这些泄漏，但这意味着这些部件由于此原因磨损的程度远高于开断次数引起的磨损，这就导致了维护工作量的增加。,弹簧操作机构,三、低温环境操作： 选择适当的润滑剂和适当的机构箱的加热器，弹簧操动机构可用非常容易地使用在零下50度的环境中。 气动和液压操动的薄弱点是垫圈，由于它们分散在各处，因此加热是相当困难的。选择适当的橡胶质量用于垫圈当然有帮助。但是当气温低
10、于零下30度时，一般的经验是泄漏事件增多了；通过气体/液体传输能量，而气体/液体的关键特性将由于温度变化而改变（如液体的粘性）。 可以用于任何环境温度而不需要任何调整。,弹簧操作机构,四、 维护需要较少的技巧 ： 气动尤其是液压机构安装、调试和维护十分复杂，因此需要的技巧也高于弹簧操动机构。 弹簧操动机构需要最小的维护,优先于气动和液压操动机构。 不同类型的操动机构的维护如下描述： 弹簧操动机构：15年或经过5000次操作，建议润滑齿轮、主要的运动部分和掣子润滑。缓冲器中油位的检查也十分重要。 气动操动机构：每6-10年或经过2000次操作润滑运动部分。更换压缩机中的油 是十分必要的。依据使用
11、年限或磨损，垫圈可能更换。依据可利用的压力管线，空气接收器可能需要检查或再试验。 液压操动机构：机构运行在300-400bar的压力下。对于如此高的压力，为可靠 操作，应当仔细地检查所有的密封。经过6-10年的运行，可能需要更换垫圈由于 老化或磨损。系统中另一个重要的部件是动力储存的。气阀需要仔细地调整以确保可靠的紧固。除了这些，有些压力管道需要模拟检测或试验。accumulator是一个敏感部件并且需要专业人员来维护。紧密性试验也需要定期。,BLG1002 A 型弹簧操作机构,-1995年进行新的完善 BLG 1002A -运行寿命更长。以最少的检查和维护保养即可操作10，000次或运行30
12、年 -积木式组合设计，所用组件少，质量要求严格，每个组件在总装前都通过试验。 -表面喷塑的铝机构箱体免维护保养，箱内有绝缘层以减低加热的成本和降低噪音水平。 -电气和机械的安装简单，装配时间较短。,BLG1002A 型弹簧操作机构,一个凸轮盘和一套弹簧被一条环形链连接。此链条成两个圈，并绕着一个受电动机驱动的链条转动。,BLG1002A：工作原理,BLG1002A：合闸操作,合闸操作,合闸的断路器，已为突然分闸做好了准备。,BLG1002A：合闸操作,合闸弹簧产生的驱动力使断路器合闸，并使分闸弹簧储能,BLG1002A : 合闸弹簧再储能,电动机驱动操动机构储能,BLG1002A: 合闸弹簧再
13、储能,合闸弹簧再储能,BLG1002A: 合闸弹簧再储能,BLG1002A : 工作原理,合、分闸弹簧已储满能量,电动机在断路器每次合闸操作之后就自动地给合闸弹簧储能。合闸掣子将合闸弹簧保持在储能状态。这样就能使断路器在0.3秒无电流时间间隔之后快速重合闸,BLG1002A: 分闸操作,分闸操作,分闸弹簧是断路器连杆的一部分,BLG1002A: 分闸操作,模块化生产和试验,试验,拐臂,凸轮盘,缓冲器 (合/分),连杆,掣 子(合/分),辅助接点,驱潮加热器,弹簧储能单元,驱动单元,电气元件,箱体,BLG 1002A 操作机构 (最后组装),试验,试验,试验,试验,试验,试验,试验,试验,试验
14、(供应商),试验 (供应商),试验标准 IEC 56,1971年，ABB出厂了第一台带有弹簧操动机构的超高压断路器 1982年，ABB出厂了第一台带有弹簧操动机构的SF6超高压断路器 ABB将继续应用弹簧操动机构于各电压等级的系统，原因是弹簧操动机构能够很好地满足ABB自身和客户的要求 ABB已提供了6，000多个高能量的弹簧操动机构，它们的能量等于或超过当前的超高压SF6断路器需要的能量值 ABB一直跟踪超高压断路器的故障率，并发现我们的故障率常常是非常低的 由于弹簧操作机构的优点，所有主要的国际竞争对手现在都在开发或引入弹簧操作机构，以准备将其用于所有电压等级的断路器 ABB的HPL300
15、B1断路器是世界上唯一能够进行三相联动操作的300kV单断口SF6断路器,BLG1002 A 型弹簧操作机构,安装与维护,安装时间: 1 2 天,安装时间: 2 4 天,安装与维护,目视检查 每 1 2 年,维护检查 经过5000次合分操作或15年运行,BLG1002A电器元件,BLG1002A电器元件,维护指南,维护分类,A类 目视检查 1-2年,B类 预防性维护 线路断路器 变压器断路器 发电机断路器 15年 5，000次操作,C类 大修 30年以后 10，000次操作,维护的准备工作,安全注意事项： 在断路器上的工作前和工作中应学习和遵守断路器的使用和维护说明 不要操作未安装即空载的操作
16、机构，只有在操作机构连接到断路器上并且断路器调整到相关压力下才能操作 拆卸任何部件重新安装时，必须遵循规定的力矩, 若在断路器的瓷套上工作可能引起瓷套的机械损坏，应将压力降低到0.125MPa 必要时 进行一次合-分操作以释放操作机构弹簧组的能量 断路器应在分闸位置 断开电源并接地 断开电动机回路 断开控制电压，必要时，也要断开加热器电源,A类 目视检查,检查瓷套和机构清洁度 检查加热器功能 检查气体压力 不需要特殊工具,SF6密度继电器原理图 1、弹性金属曲管 2、齿轮机构和指针 3、双层金属带 4、压力增加 5、温度补偿,A类 目视检查,指针波动的几种情况 1、外界温度回升快，内部温度回升
17、慢。54，指针向下。（清晨） 2、外界温度下降快，内部温度下降慢。54，指针向上。（傍晚） 3、外界温度低，内部温度高。 54，指针向上。（阳光直射瓷瓶、带负荷动作后）,SF6密度继电器的校准 HPL密度继电器的校准 A：松开固定密度继电器的铜母，退至逆止阀的预插入位。 B：将密度继电器内封存的气体缓慢放出，以防止压力的突然释放而损伤压力表的指示系统。 C：采用适当的方法校准密度继电器。,A类 目视检查,B类 预防性维护,SF6气体压力及露点 开关位置的效验 缓冲器 防误操作的机械联锁,端子排 加热器 继电器 驱动装置 挚子装置 操作试验,腐蚀 润滑,B类 预防性维护,开关位置校正,当开关在分
18、闸位置，校正孔正好与机构箱上的预留孔对齐 紧固力矩应为300Nm,缓冲器,不应有漏油的迹象,防误操作的机械联锁,机械联锁取决于断路器的位置和合闸弹簧托盘的位置，故合闸只可能在下列情况下进行： 断路器处于分闸位置 合闸弹簧已完全储能 在运行中下列操作是不可能进行的: 断路器已处于合闸位置，还要进 行合闸操作 在分闸操作期间进行合闸操作 合闸弹簧未完全储能,加热器,70W,220V R=680 +- 10% 140W,220VR=340 +- 10%,机构中一个加热器E1用以防止结露，应始终处于接通状态 另一加热器E2受温控器控制，用于低温加热,驱动装置,检查和清洁驱动装置的涡轮 15年或2000
19、次操作以后，用润滑脂“M”润滑 测量电动机电流 电动机最大储能时间20S 电动机在85%的电压下能为弹簧储能,挚子,合闸挚子：一个线圈 分闸挚子：两个线圈 合闸线圈：80%-110%电压可靠动作 分闸线圈：65%-120%电压可靠动作 30%电压不动作,继电器,防跳继电器：测量最低动作值 闭锁继电器：测量最低动作值 密度继电器：检查密度继电器的接点通断,压力的最大偏差(20 时) 0.015Mpa,其他电器元件,紧固并检查所有螺丝和插头 闭锁继电器应正常工作 防跳继电器应正常工作 转换开关应正常工作,操作试验,测量操作时间（HPL550B2） 合闸时间 65 ms 分闸时间 20 +-2 ms
20、（63kA） / 18 +-2 ms（50kA） 合分时间 47 ms 测量回路电阻：每相 80 微欧,防锈和润滑,必要时，除去锈斑并增加新防腐剂，防腐剂是润滑脂“G” 操动机构中的滚珠轴承，滚柱轴承和滚针轴承是永久润滑的，不需维护 操动机构中的挚子装置的轴和驱动装置的涡轮需要润滑 操动机构的链条需要润滑,解体前的准备 卸能 放气 合适的天气、场地 断路器解体 必须更换吸附剂、密封圈 需要的设备 真空泵、干燥的氮气、 微水测量仪、机械特性测试仪等 厂家建议 条件允许的情况下，返厂检修,断路器的大修,不影响运行或便于更换的零件，可在厂家的指导下，自行处理。 断路器出现故障后，用户应及时通知厂家，由厂家派专人处理。,断路器的故障处理,