LW10B-252高压开关概述

2 LW10B-252高压开关概述
2.1 LW10B-252高压开关特点与组成结构
LW10B-252支柱式六氟化硫开关是河南平高电气股份有限公司，在LW6B-252型产品的基础上开发研制的新产品，每相配用一台该公司自行开发研制的B型液压操动机构。

该液压机构阀系统采用集成块式的结构，体积小并放置在油箱中，既保持了液压机构动作快、特性稳定、低噪音、低磨损、高可靠性等特点，又减少了液压机构的外部渗漏，而且开关本体直接安装在机构箱顶部，简化了机械连接和气路连接，进一步提高了整体的可靠性，同时也减少了占地面积，开关可进行单相操作或三相电气联动操作。

LW10B-252高压开关按功能可分为以下几部分：
①导电部分：开关导通电流的部分。

它允许通过长时间的正常负荷电流和一定时间的异常电流，如过负荷电流和短路电流。

②绝缘部分：保证开关电气绝缘的部分。

它包括三个基本方面，即对地绝缘、相间绝缘和断口绝缘。

③接触系统和灭弧装置：执行电路的开断和关合的部分。

它表征开关的合闸和分闸的能力。

④操作系统：促使触头分断和接通的部分。

它赋予开关以规定程序的动作以及一定的动作时间和速度。

LW10B-252型SF6开关为瓷柱式结构，其三级结构及布置图见图1.，根据用户的要求，支柱瓷套可分为双节（图1-a）和单节（图1-b）两种；接线方式又可分为上接线板对准前门（X型）和下接线板对准前门（M型）两种型式，高进低出或低进高出均可（图1所示的产品型式即为X型）。

每台开关由三个独立的单极组成，单极结构见图2。

开关单极主要由灭弧室、支柱、液压机构及密度继电器等零部件组成。

现把各组成部分的结构与工作原理分述如下：
图1-a双节支柱瓷套
图1-b单节支柱瓷套
图2单极结构
2.3.1 极柱
极柱主要有灭弧室，支柱瓷套及拐臂箱等组件组装而成见图3每一极5柱为一气密单元。

极柱自上而下，分为上出线板，灭弧室，下出线板，支柱瓷套，绝缘拉杠，拐臂箱，机构操作杠几部分组成
⑴上下出线板
上下出线板为一次线路用见图3。

下出线板与下支撑座是为一体式结构下出线板在开关正反两面皆有出线，上出线板出线方向可根据用户的需要进行安装。

若用户没有要求，上出线板安装在正面的一侧。

上线出线板的接线孔尺寸按3150A 和1250A两种接线方式
⑵灭弧室图3
图3为灭弧室的结构示意图，整个灭弧室由动触头装配、静触头装配、鼓形瓷套装配三部分组成。

动触头装配由喷管、压环、动触头、动弧触头、护套、滑动触指、触指弹簧、缸体、触座、逆止阀、压气缸、接头和拉杆组成；静触头装配由静触头接线座、触头支座、弧触头座、静弧触头、触指、触指弹簧、触座、均压套组成；鼓形瓷套装配由鼓形瓷套及铝合金法兰组成。

⑶支柱瓷套
支柱瓷套起支撑灭弧室以及对地绝缘的作用，瓷套内装有绝缘拉杠，拉杠起对地绝缘和机械传动的作用，支柱瓷套也由优质高强瓷制成，具有很高的强度和很好的气密性
2.2 LW10B-252高压开关操动机构及工作原理
操作机构是高压开关的重要组成部分。

带触点的开关电器，只有通过触头的分、合闸动作才能达到开断与关合电路的目的，因此必须依靠一定的机械操作系统才能完成。

开关的操作机构由储能单元、控制单元和力传递单元组成。

传统的高压开关都是带触头的电器，通过触头的分、合动作达到开断与关合的目的，因此必须依靠一定的机械操作系统才能完成。

在开关本体以外的机械操动装置称为操动机构，操动机构与开关动触头之间连接的传动部分称为传动机构和提升机构。

开关的操动机构是决定开关操作性能的重要部分，开关操动机构的发展与开关本身灭弧技术的进步以及社会工业发展水平密切相关，开关从油开关到空气开关、SF6开关，开关的灭弧性能大大提高；SF6开关从双压式和单压式，发展到自能式和混合式，开关所需要的操作功逐步减小。

随着电力系统对节能和环保问题的高度重视，操动机构从手动操动机构、电磁操动机构、液压操作机构、压缩空气操动机构，到弹簧机构和数字电动操动机构，操动机构也逐步发展和进步，大量先进技术应用到传统的操动机构中来。

LW10B-252型开关的液压操作方式为分相操作，三项分别配有相同的液压机构。

机构由以下元件组成低压油箱（1）、油泵电机（15）、油过滤器（17）、压力开关（11）、压力表（10）合闸电磁铁（8）、分闸电磁铁(5)、二级阀、分闸一级阀(2)、合闸一级阀(14)、辅助开关(7)、工作缸(6)、贮存器(12)及控制面板。

工作原理：贮压：接通电源，电机(M)带动油泵转动，油箱（1）中的低压油经过滤器（17）、低压油管、油泵，进入贮压器（12）上部，压缩下部的氮气，形成高压油，由于贮存器的上部与工作缸活塞上部及二级阀相连通，因此，高压油同时进入图5中所示的高压区域，当油压达到额定工作压力值时，压力开关的相应接点断开，切断电机电源，完成贮压过程。

在贮压过程中或贮压完成后，如果由于温度变化或其他意外原因使得油压升高达到安全阀开启压力时，压力开关内的安全阀自动打开，把高压油放回到油箱中，当油压降到额定压力时，安全阀关闭。

合闸操作：合闸磁铁8接受命令后，打开合闸一级阀14的阀口14.1，关闭阀口14.2，高压油经一级阀进入二级阀阀杆19的活塞下部，推动滑杆向上运动，从而带动管阀向上封住工作缸下部的合闸阀口，打开管阀下部的分闸阀口，高压油经管阀内腔进入工作缸下端，由于工作缸活塞下部受力面积大于上部，便产生一个向上的力，推动活塞，向上运动实现合闸。

工作缸活塞向上运动的同时也带动辅助开关转换，主控室内的合闸指示信号接通，分闸回路接通，带动辅助开关的滑环指向分、合闸指示牌的“合”。

合闸电磁铁电源切断后，合闸一级阀在弹簧力及油压作用下阀口14.1关闭，14.2打开，切断高压油路成为图示状态，二级阀阀杆活塞下部与油箱连通。

分闸操作：分闸电磁铁5接受命令后，打开分阀一级阀的2的阀口2.1，关闭阀口2.2，高压命令油进入二级阀阀杆19的活塞上部，推动阀杆向下运动，从而带动管阀向下，使管阀与工作缸下部的合闸阀口分开，管阀下部进入分闸阀口如图示状态，阻止高压油通过管阀内腔向上流动；同时，工作缸活塞下部与由箱联通恒威低压状态，活塞在上部油压作用下向下运动，实现实现分闸。

同时带动辅助开关转换，主控室内的分闸指示信号接通，合闸回路接通，带动辅助开关的滑环指向分、合闸指示牌的“分”。

分闸电磁铁电源切断后，分闸一级阀在弹
簧力及油压的作用下阀口2.1关闭，2.2打开，切断高压油路成为图示状态，二级阀阀杆活塞上部与油箱连通。

2.3 LW10B-252SF6电气特性
通常用下列参数表征高压开关的基本工作性能：
（1）额定电压(标称电压)：它是表征开关绝缘强度的参数，它是开关长期工作的标准电压。

为了适应电力系统工作的要求，开关又规定了与各级额定电压相应的最高工作电压。

对3—220KV各级，其最高工作电压较额定电压约高15%左右；对330KV及以上，最高工作电压较额定电压约高10%。

开关在最高工作电压下，应能长期可靠地工作。

（2）额定电流：它是表征开关通过长期电流能力的参数，即开关允许连续长期通过的最大电流。

（3）额定开断面电流:它是表征开关开端能力的参数。

在额定电压下，开关能保证可靠开断的最大电流，称为额定开断电流，其单位用开关触头分离瞬
间短路电流周期分量有效值的千安数表示。

当开关在低于其额定电压的电网中工作时，其开断电流可以增大。

但受灭弧室机械强度的限制，开断电流有一最大值，称为极限开断电流。

（4）动稳定电流：它是表征开关通过短时电流能力的参数，反映开关承受短路电流电动力效应的能力。

开关在合闸状态下或关合瞬间，允许通过的电流最大峰值，称为电动稳定电流，又称为极限通过电流。

开关通过动稳定电流时，不能因电动力作用而损坏。

（5）关合电流：是表征开关关合电流能力的参数。

因为开关在接通电路时，电路中可能预伏有短路故障，此时开关将关合很大的短路电流。

这样，一方面由于短路电流的电动力减弱了合闸的操作力，另一方面由于触头尚未接触前发生击穿而产生电弧，可能使触头熔焊，从而使开关造成损伤。

开关能够可靠关合的电流最大峰值，称为额定关合电流。

额定关合电流和动稳定电流在数值上是相等的，两者都等于额定开断电流的2.55倍。

（6）热稳定电流和热稳定电流的持续时间：执稳定电流也是表征开关通过短时电流能力的参数，但它反映开关承受短路电流热效应的能力。

热稳定电流是
指开关处于合闸状态下，在一定的持续时间内，所允许通过电流的最大周期分量有效值，此时开关不应因短时发热而损坏。

国家标准规定：开关的额定热稳定电流等于额定开断电流。

额定热稳定电流的持续时间为2S，需要大于2S时，推荐4S。

（7）合闸时间与分闸时间：这是表征开关操作性能的参数。

各种不同类型的开关的分、合闸时间不同，但都要求动作迅速。

合闸时间是指从开关操动机构合闸线圈接通到主触头接触这段时间，开关的分闸时间包括固有分闸时间和熄弧时间两部分。

固有分闸时间是指从操动机构分闸线圈接通到触头分离这段时间。

熄弧时间是指从触头分离到各相电弧熄灭为止这段时间。

所以，分闸时间也称为全分闸时间。

（8）操作循环：这也是表征开关操作性能的指标。

架空线路的短路故障大多是暂时性的，短路电流切断后，故障即迅速消失。

因此，为了提高供电的可靠性和系统运行的稳定性，开关应能承受一次或两次以上的关合、开断、或关合后立即开断的动作能力。

此种按一定时间间隔进行多次分、合的操作称为操作循环。

我国规定开关的额定操作循环如下：
自动重合闸操作循环:分——t’——合分——t——合分
非自动重合闸操作循环: 分——t——合分——t——合分
其中
分——表示分闸动作；
合分——表示合闸后立即分闸的动作；
t’——无电流间隔时间，即开关断开故障电路，从电弧熄灭起到电路重新自动接通的时间，标准时间为0.3S或0.5S，也即重合闸动作时间；
t——为运行人员强送电时间，标准时间为180S。

使用环境：
1、环境温度：-30℃ - +40℃
2、海拔高度：≤1000M
3、风压：≤700Pa
4、抗震水平：≤9度地震烈度
5、空气污秽程度
注：1）分、合速度是指开关单分、单合时的速度值，其定义如下：
a. 分闸速度：触头刚分点至分闸后90mm行程段的平均速度；
b. 合闸速度：触头刚合点至合闸前40mm行程段的平均速度。

2当海拔高度要求在2000m时，产品的额定绝缘水平安表1中斜线上方的数据；
当海拔高度要求不超过1800m时，产品的额定绝缘水平安表1中斜线上方的数据。

3 LW10B-252SF6开关常见故障分析
3.1 LW10B-252SF6开关运行状况概述
根据国际大电网会议对22个国家1978—1991年投运的千伏电压等级及以上的压气式SF6开关进行的可靠性调查数据显示，在70708台高压开关3769次操作事故中，操动机构故障占全部故障的64.8%。

其中操动机构的机械故障为43.8%，二次部分占全部故障的21%。

在我国，操动机构故障占全部故障的66.4%，其中操动机构的机械故障占全部故障的55%，二次部分占全部故障的11.4%。

中国电力科学院对 1989年—1997年22OkV及以上的开关运行情况进行调查，故障统计情况为:拒动(拒合6.48%、拒分22.67%)、误动7.02%(偷跳(一相偷跳))、开断与关合9.07%、绝缘35.47%、载流7.95%、外力及其他11.43%。

由此可见，动作失灵的故障所占的比例很高。