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        斷路器液壓機(jī)構(gòu)自動(dòng)排氣裝置的研究與應(yīng)用

        2022-09-26 09:40:28來(lái)
        農(nóng)村電氣化 2022年9期
        關(guān)鍵詞:儲(chǔ)氣液位斷路器

        朱 來(lái)

        (云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局,云南 楚雄 675000)

        液壓機(jī)構(gòu)斷路器是通過(guò)液壓機(jī)構(gòu)提供分、合閘操作動(dòng)力的高壓斷路器,其原理圖如圖1 所示,低壓油箱中的油通過(guò)油泵輸送至高壓側(cè),形成高壓油,高壓油壓縮氮?dú)庑纬筛邏旱獨(dú)鈨?chǔ)存勢(shì)能,高壓氮?dú)馔ㄟ^(guò)壓力釋放給斷路器提供操作的能量[1,2]。其中,由于儲(chǔ)能筒大小恒定,高壓油越多則氮?dú)鈩?shì)能越大,油壓越高,給斷路器提供的能量也就越大。

        圖1 液壓機(jī)構(gòu)原理圖

        由于低壓油箱與空氣接觸,空氣會(huì)混入液壓油形成油氣混合體,打壓過(guò)程中空氣會(huì)隨液壓油的循環(huán)進(jìn)入油泵并向泵體頂部積累,導(dǎo)致油壓降低,無(wú)法給斷路器提供足夠的動(dòng)能。為保證高壓側(cè)油的壓力,就須增加打壓的次數(shù)以保證高壓側(cè)油量,形成頻繁打壓故障。如果機(jī)構(gòu)頻繁打壓,極易造成因過(guò)負(fù)荷而損毀,使斷路器無(wú)法正常工作,嚴(yán)重危害電網(wǎng)安全運(yùn)行[3,4]。為防止此類(lèi)情況的發(fā)生,須由檢修人員定時(shí)人工排氣,但此種作業(yè)方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力,且無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)產(chǎn)生的氣體量,導(dǎo)致即使形成過(guò)量的氣體也無(wú)法及時(shí)排出,頻繁打壓故障仍然時(shí)有發(fā)生。

        本文研制了一種斷路器液壓機(jī)構(gòu)自動(dòng)排氣裝置,代替人工自動(dòng)完成監(jiān)測(cè)、判斷、排氣。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,驗(yàn)證了裝置能自動(dòng)完成全過(guò)程排氣,且排氣動(dòng)作閾值合理。

        1 斷路器液壓機(jī)構(gòu)自動(dòng)排氣裝置動(dòng)作閾值

        調(diào)查2012年度南方電網(wǎng)云南省電力檢修公司下轄500 kV鹿城變電站、500 kV仁和變電站液壓機(jī)構(gòu)斷路器發(fā)生頻繁打壓故障后人工手動(dòng)排氣的情況,統(tǒng)計(jì)如表1所示。

        表1 500 kV鹿城變電站、仁和變電站頻繁打壓故障后排氣量

        統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:發(fā)生頻繁打壓故障時(shí),斷路器液壓機(jī)構(gòu)內(nèi)留存氣量的平均值為76.3 mL,最小值為64 mL,又利用500 kV 鹿城變電站備用斷路器進(jìn)行了液壓機(jī)構(gòu)充氣試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)充入液壓機(jī)構(gòu)的氣體大于60 mL 時(shí),斷路器開(kāi)始出現(xiàn)頻繁打壓故障。因此,裝置動(dòng)作閾值設(shè)定在60 mL及以下,可以保證不發(fā)生頻繁打壓故障。

        2 斷路器液壓機(jī)構(gòu)自動(dòng)排氣裝置結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)

        2.1 裝置結(jié)構(gòu)

        斷路器液壓機(jī)構(gòu)自動(dòng)排氣裝置由液位測(cè)量系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)3 部分構(gòu)成,總體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。斷路器液壓機(jī)構(gòu)自動(dòng)排氣裝置工作過(guò)程為:油氣混合物引入儲(chǔ)氣盒內(nèi),采用液面?zhèn)鞲衅?,?dāng)液面高度達(dá)到設(shè)定值時(shí),控制芯片給排氣開(kāi)關(guān)發(fā)出排氣指令,從而排出氣體。

        圖2 斷路器液壓機(jī)構(gòu)自動(dòng)排氣裝置結(jié)構(gòu)圖

        2.2 裝置設(shè)計(jì)

        儲(chǔ)氣單元用于接收液壓機(jī)構(gòu)油路內(nèi)的油氣混合體,因?yàn)榭諝獗扔洼p,氣體會(huì)浮于液壓油之上,在儲(chǔ)氣單元內(nèi)實(shí)現(xiàn)油氣分離。以硬聚乙烯盒體作為儲(chǔ)氣盒體,對(duì)盒體進(jìn)行10次破壞性試驗(yàn),記錄盒體發(fā)生裂紋時(shí)承受的極限壓強(qiáng),如表2 所示,極限壓強(qiáng)遠(yuǎn)大于實(shí)際運(yùn)行壓強(qiáng)。

        表2 硬聚乙烯盒體作為儲(chǔ)氣盒體耐壓試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果 Pa

        液位傳感單元用于精確測(cè)量?jī)?chǔ)氣單元內(nèi)的液壓油液位,液位越高,表明油中含氣量越低;液位越低,則表明油中含氣量越高。當(dāng)液位低至某一數(shù)值時(shí),則氣體含量超過(guò)臨界值,出現(xiàn)打壓超時(shí)告警故障。選用LS浮標(biāo)式液位傳感器作為液位傳感器,LS浮標(biāo)式液位傳感器基于液體浮力原理,通過(guò)浮球的上下移動(dòng)觸發(fā)相應(yīng)信號(hào),獲得液面的高度并將測(cè)量信號(hào)輸出。

        排氣出口作為氣體的排除通道,既要順利排除氣體,還要阻擋液體通過(guò),基于此,采用特殊蜂窩材料,可使氣體排出并阻擋液體滲出。

        排氣開(kāi)關(guān)采用直流式電磁閥,將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械動(dòng)作信號(hào),應(yīng)用直流電通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng),根據(jù)指令吸引鐵芯動(dòng)進(jìn)行機(jī)械動(dòng)作控制排氣出口的打開(kāi)和關(guān)閉。

        自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)斎氲囊何恍盘?hào)做出判定,并給出相應(yīng)輸出信號(hào),即輸入的液位值高于設(shè)定值(表明含氣低),則輸出正常信號(hào);輸入的液位值低于設(shè)定值(表明含氣過(guò)高),則發(fā)排氣動(dòng)作信號(hào)。根據(jù)一般控制系統(tǒng)的解構(gòu)組成,自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)包含控制單元和電源單元兩部分。以單片機(jī)作為CPU,用最少的元件組成的控制系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的運(yùn)算、整理以及動(dòng)作信號(hào)的輸出,所選單片機(jī)系統(tǒng)的誤碼率須小于10-6;為保證數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性,要求工作頻率≥40 MHz。

        電源模塊采用D-120 開(kāi)關(guān)電源,該電源是一種推挽式電源轉(zhuǎn)換器,價(jià)格相對(duì)便宜,輸出電壓精度在98%左右,可以滿(mǎn)足要求。

        各個(gè)模塊的實(shí)體圖如圖3所示。

        圖3 斷路器液壓機(jī)構(gòu)自動(dòng)排氣裝置實(shí)體圖

        3 試驗(yàn)驗(yàn)證

        3.1 排氣動(dòng)作閾值驗(yàn)證

        將排氣裝置安裝于備用開(kāi)關(guān)上,對(duì)斷路器液壓回路注入空氣,直至裝置動(dòng)作排氣,進(jìn)行100 次試驗(yàn),統(tǒng)計(jì)每次排氣動(dòng)作值X,結(jié)果如表3所示。

        表3 備用開(kāi)關(guān)排氣裝置排氣動(dòng)作值 mL

        對(duì)上述樣本利用Mintab軟件進(jìn)行安德森-達(dá)林正態(tài)性檢驗(yàn),其中P值定義為=P,顯著性水平α=0.05。

        根據(jù)安德森-達(dá)林檢驗(yàn)的判據(jù),由于P=0.140 >α=0.05,正態(tài)性成立,即認(rèn)為樣本結(jié)果符合正態(tài)分布規(guī)律,且動(dòng)作值X~N(57.2,1.0092)。

        在顯著性水平α=0.05下對(duì)目標(biāo)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)。H0:動(dòng)作值X≤60;H1:動(dòng)作值X>60。查表可知,顯著性水平α=0.05的時(shí)候,臨界值Zα=2.576即P(X>Zα)=α。動(dòng)作值X的置信區(qū)間臨界值X0計(jì)算過(guò)程如下:

        因?yàn)閯?dòng)作值X~N(57.2,1.0092),令(X0-57.2)/1.009=Zα=2.576,求得臨界值X0=2.576×1.009+57.2=59.79 <60,而且統(tǒng)計(jì)量57.9 落在置信區(qū)間以?xún)?nèi),說(shuō)明動(dòng)作值大于60的事件發(fā)生為小概率事件,所以H0成立,即排氣動(dòng)作值≤60 mL。

        3.2 排氣動(dòng)作閾值驗(yàn)證

        2020 年9—11 月500 kV 鹿城變電站、500 kV 仁和變電站斷路器停電檢修期間,將自動(dòng)排氣裝置安裝在兩座變電站20臺(tái)斷路器上。投入使用后,工作人員定期對(duì)安裝的裝置進(jìn)行巡視,對(duì)裝置自動(dòng)排氣時(shí)的動(dòng)作值進(jìn)行了記錄,如表4所示。

        表4 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行開(kāi)關(guān)排氣裝置排氣動(dòng)作值

        從表4可知,2020年9—11月,安裝的自動(dòng)排氣裝置3個(gè)月內(nèi)共有11次排氣動(dòng)作,平均排氣量為58.5 mL,最大動(dòng)作值為59.9mL,每次排氣的動(dòng)作值均小于60mL。在排氣裝置安裝應(yīng)用后,所裝20臺(tái)開(kāi)關(guān)均未進(jìn)行手動(dòng)排氣,所有的液壓機(jī)構(gòu)排氣動(dòng)作均由裝置實(shí)現(xiàn),排氣裝置代替了人工自動(dòng)完成監(jiān)測(cè)、判斷、排氣。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        本文研究了一種斷路器液壓機(jī)構(gòu)自動(dòng)排氣裝置。具有以下特點(diǎn):消除了機(jī)構(gòu)頻繁打壓的缺陷,避免造成因過(guò)負(fù)荷而損毀,為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定奠定了基礎(chǔ);避免了人工排氣,節(jié)約人力和工作時(shí)間;裝置安裝便捷,適用性強(qiáng),可廣泛應(yīng)用于各種類(lèi)型液壓機(jī)構(gòu)斷路器。試驗(yàn)驗(yàn)證了裝置的有效性,具備良好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

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