高壓斷路器是發(fā)電廠、變電所及電力系統(tǒng)中重要的控制和保護(hù)設(shè)備,它的作用是:
(1)控制作用。根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的需要,將部分或全部電氣設(shè)備,以及部分或全部線路投人或退出運(yùn)行。
(2)保護(hù)作用。當(dāng)電力系統(tǒng)某一部分發(fā)生故障時(shí),它和保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置相配合,將該故障部分從系統(tǒng)中迅速切除,減少停電范圍,防止事故擴(kuò)大,保護(hù)系統(tǒng)中各類(lèi)電氣設(shè)備不受損壞,保證系統(tǒng)無(wú)故障部分安全運(yùn)行。
高壓斷路器的主要結(jié)構(gòu)大體分為:導(dǎo)流部分,滅弧部分,絕緣部分,操作機(jī)構(gòu)部分。高壓開(kāi)關(guān)的主要類(lèi)型按滅弧介質(zhì)分為:油斷路器,空氣斷路器,真空斷路器,六氟化硫斷路器,固體產(chǎn)氣斷路器,磁吹斷路器。
高壓斷路器的試驗(yàn)類(lèi)別主要分為:設(shè)備交接試驗(yàn),大修后試驗(yàn),預(yù)防性試驗(yàn),專(zhuān)項(xiàng)鑒定試驗(yàn)。主要試驗(yàn)項(xiàng)目為:絕緣電阻測(cè)定、測(cè)量導(dǎo)管的介質(zhì)損失率、油試驗(yàn)、交流耐壓試驗(yàn)、回路直流電阻測(cè)定等項(xiàng)目。具體項(xiàng)目及要求按《電氣設(shè)備交接預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)定》確定。
簡(jiǎn)介:隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展,高壓斷路器設(shè)備的裝用量將大幅度上升,了解高壓斷路器設(shè)備的故障原因,采取積極的防范措施,對(duì)提高電網(wǎng)供電的可靠性是很有幫助的。
關(guān)鍵字:高壓斷路器設(shè)備常見(jiàn)事故
隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展,高壓斷路器設(shè)備的裝用量將大幅度上升,了解高壓斷路器設(shè)備的故障原因,采取積極的防范措施,對(duì)提高電網(wǎng)供電的可靠性是很有幫助的。
真空斷路器工作原理與其他斷路器相比之是滅弧介質(zhì)不同罷了,真空不存在導(dǎo)電介質(zhì),使電弧快速熄滅,因此該斷路器的動(dòng)靜觸頭之間的間距很少。該斷路器一般用于電壓等級(jí)相對(duì)低的廠用電配置中!隨著電力系統(tǒng)的迅猛發(fā)展,10KV真空斷路器在我國(guó)已經(jīng)大批量地生產(chǎn)和使用。對(duì)于檢修人員來(lái)說(shuō),提高對(duì)真空斷路器的認(rèn)識(shí),加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng),使其安全運(yùn)行,成了一個(gè)迫在眉睫的問(wèn)題。本文以ZW27—12為例,簡(jiǎn)要說(shuō)明真空斷路器的原理與維修。
一、真空的絕緣特性
真空具有很強(qiáng)的絕緣特性,在真空斷路器中,氣體非常稀薄,氣體分子的自由行程相對(duì)較大,發(fā)生相互碰撞的幾率很小,因此,碰撞游離不是真空間隙擊穿的主要原因,而在高強(qiáng)電場(chǎng)作用下由電極析出的金屬質(zhì)點(diǎn)才是引起絕緣破壞的主要因素。
真空間隙中的絕緣強(qiáng)度不僅與間隙的大小,電場(chǎng)的均勻程度有關(guān),而且受電極材料的性質(zhì)及表面狀況的影響較大。真空間隙在較小的距離間隙(2—3毫米)情況下,有比高壓力空氣與SF6氣體高的絕緣特性,這就是真空斷路器的觸頭開(kāi)距一般不大的原因。
電極材料對(duì)擊穿電壓的影響主要表現(xiàn)在材料的機(jī)械強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度)和金屬材料的熔點(diǎn)上。抗拉強(qiáng)度和熔點(diǎn)越高,電極在真空下的絕緣強(qiáng)度越高。
實(shí)驗(yàn)表明,真空度越高,氣體間隙的擊穿電壓越高,但在10-4托以上,就基本保持不變了,所以,要保持真空滅弧室的絕緣強(qiáng)度,其真空度應(yīng)不低于10-4托。
二、真空中電弧的形成與熄滅
真空電弧和我們以前學(xué)習(xí)的氣體電弧放電現(xiàn)象有很大的差別,氣體的游離現(xiàn)象不是產(chǎn)生電弧的主要因素,真空電弧放電是在觸頭電極蒸發(fā)出來(lái)的金屬蒸汽中形成的。同時(shí),開(kāi)斷電流的大小不同,電弧表現(xiàn)的特點(diǎn)也不同。我們一般把它分為小電流真空電弧和大電流真空電弧。
概述
真空斷路器是指觸頭在真空中關(guān)合、開(kāi)斷的斷路器。
真空斷路器初由英、美研究,隨后發(fā)展到日本、德國(guó)和原蘇聯(lián)等其他國(guó)家。我國(guó)從1959年起開(kāi)始研究真空斷路器的理論,到20世紀(jì)70年代初正式生產(chǎn)各類(lèi)真空斷路器。真空滅弧室、操動(dòng)機(jī)構(gòu)、絕緣水平等制造技術(shù)的不斷創(chuàng)新和改進(jìn),使真空斷路器的發(fā)展極為迅速,在大容量、小型化、智能化及可靠性研究方面取得了一系列重大成果。
真空斷路器以具備良好的滅弧特性,適宜頻繁操作,電氣壽命長(zhǎng)、運(yùn)行可靠性高、不檢修周期長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì),在當(dāng)今我國(guó)電力工業(yè)城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造、化工、冶金、-鐵道電氣化以及礦山等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。產(chǎn)品從過(guò)去的ZN1-ZN5幾個(gè)品種到現(xiàn)在數(shù)十個(gè)型號(hào)、品種,額定電流達(dá)到 4000A,開(kāi)斷電流達(dá)到5OKA,甚至有63kA,電壓達(dá)到35kV等級(jí)。
下面將從真空斷路器的幾個(gè)主要方面看它的發(fā)展及特點(diǎn),分別是真空滅弧室的發(fā)展、操動(dòng)機(jī)構(gòu)的發(fā)展、絕緣結(jié)構(gòu)的發(fā)展。
真空滅弧室的發(fā)展
利用真空介質(zhì)來(lái)熄滅電弧的設(shè)想在19世紀(jì)末就己提出,20世紀(jì)20年代制造出了早的真空滅弧室。但是由于受真空工藝、材料等技術(shù)水平的限制,當(dāng)時(shí)并未實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。20世紀(jì)50年代以后,隨著新技術(shù)的發(fā)展解決了真空滅弧室制造中的很多難題,使真空開(kāi)關(guān)逐漸達(dá)到實(shí)用水平。20世紀(jì)50年代中期美國(guó)通用電氣公司批量生產(chǎn)了額定開(kāi)斷電流為12KA的真空斷路器。隨后在20世紀(jì)50年代末由于發(fā)展了具有橫向磁場(chǎng)觸頭的真空滅弧室,使額定開(kāi)斷電流提高到3OKA的水平 o20世紀(jì)70年代后,日本東芝電氣公司研制成功了具有縱向磁場(chǎng)觸頭的真空滅弧室,使額定開(kāi)斷電流又進(jìn)一步提高到5OKA以上。目前真空斷路器己廣泛用于 1OKV、35kV配電系統(tǒng)中,額定開(kāi)斷電流己能做到5OKA-100KAo有些國(guó)家還生產(chǎn)了72kV/84kV級(jí)的真空滅弧室,但數(shù)量不多。
近年來(lái),我國(guó)真空斷路器的生產(chǎn)發(fā)展也很快。目前國(guó)內(nèi)真空滅弧室的技術(shù)與國(guó)外產(chǎn)品不相上下,有采用縱向、橫向的磁場(chǎng)技術(shù)、采用中央引燃觸頭技術(shù)的真空滅弧室,Cu-Cr合金材料制成觸頭已成功地開(kāi)斷5OKA、63kAo中國(guó)的真空滅弧室已達(dá)到較高的水平,真空斷路器完全可以選用國(guó)產(chǎn)的真空滅弧室。
真空滅弧室的特點(diǎn)
真空滅弧室是真空斷路器的關(guān)鍵部件,它是采用玻璃或陶瓷作支撐及密封,內(nèi)部有動(dòng)、靜觸頭和屏蔽罩,室內(nèi)有負(fù)壓,真空度為133×10九133×lOJPa, 保證其開(kāi)斷時(shí)的滅弧性能和絕緣水平。當(dāng)真空度降低時(shí),其開(kāi)斷性能明顯降低,因此真空滅弧室不得受任何外力碰撞,嚴(yán)禁敲擊、手拍打,搬動(dòng)及維護(hù)時(shí)不得受力o 禁止把任何東西放在真空斷路器上,以防止落下時(shí)打壞真空滅弧室。出廠前真空斷路器經(jīng)過(guò)嚴(yán)格平行度檢查和裝配,維修時(shí)應(yīng)緊固滅弧室的各螺栓,以保證其受力均勻。
真空斷路器在真空滅弧室內(nèi)開(kāi)斷電流并進(jìn)行滅弧,而真空斷路器本身沒(méi)有定性、定量監(jiān)測(cè)真空度特性的裝置,所以真空度降低故障為隱性故障,同時(shí),真空度降低將嚴(yán)重影響真空斷路器開(kāi)斷過(guò)電流的能力,并導(dǎo)致斷路器的使用壽命急劇下降嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起開(kāi)關(guān)爆炸。
綜上所述真空滅弧室存在的主要問(wèn)題真空度降低。真空度降低的主要原因有以下幾點(diǎn)。
(1)真空斷路器是一個(gè)比較嬌嫩的元件,電子管廠出廠后,經(jīng)過(guò)多次運(yùn)輸顛簸、安裝震動(dòng)、意外碰撞等,都有可能產(chǎn)生玻璃或陶瓷封接的滲漏。
(2)真空滅弧室材質(zhì)或制作工藝存在間題,多次操作后出現(xiàn)漏點(diǎn)。
(3)分體式真空斷路器,如使用電磁式操作機(jī)構(gòu),在操作時(shí),由于操作連桿的距離比較大,直接影響開(kāi)關(guān)的同期、彈跳、超行程等特性加快真空度降低。
真空滅弧室真空度降低的處理方法:
經(jīng)常觀察真空滅弧室定期使用真空開(kāi)關(guān)真空度測(cè)試儀對(duì)真空滅弧室進(jìn)行真空度的測(cè)量,確保真空滅弧室的真空度在規(guī)定范圍內(nèi);當(dāng)真空度降低時(shí),必須更換真空滅弧室,并做好行程、同期、彈跳等特性試驗(yàn)。
操動(dòng)機(jī)構(gòu)的發(fā)展
操動(dòng)機(jī)構(gòu)是衡量真空斷路器性能優(yōu)劣的重要方面之一,影響真空斷路器可靠性的主要原因就是操動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械特性。根據(jù)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的發(fā)展可分為以下幾類(lèi)。
手動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)
靠于動(dòng)直接合閘的操動(dòng)機(jī)構(gòu)稱(chēng)為手動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu),它主要用來(lái)操動(dòng)電壓等級(jí)低、額定開(kāi)斷電流很小的斷路器。除工礦企業(yè)用戶(hù)外電力部門(mén)中手動(dòng)機(jī)構(gòu)已很少采用。手動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不要求配備復(fù)雜的輔助設(shè)備及操動(dòng)電源缺點(diǎn)是不能自動(dòng)重合閘,只能就地操作,不夠安全。因此,手動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)已幾乎被手力儲(chǔ)能的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)所代替。
電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)
靠電磁力合閘的操動(dòng)機(jī)構(gòu)稱(chēng)為電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)d配合國(guó)產(chǎn)ZN28-12型產(chǎn)品發(fā)展的有CD17型機(jī)構(gòu),結(jié)構(gòu)上也采用與真空滅弧室前后布置的方式。
電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、制造成本低,缺點(diǎn)是合閘線圈消耗的功率太大,需要備價(jià)格昂貴的蓄電池、合閘電流較大、結(jié)構(gòu)比較笨重、動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng),市場(chǎng)占有量逐漸減少。
1、小電流真空電弧
觸頭在真空中開(kāi)斷時(shí),產(chǎn)生電流和能量十分集聚的陰極斑點(diǎn),從陰極斑點(diǎn)上大量地蒸發(fā)金屬蒸汽,其中的金屬原子和帶電質(zhì)點(diǎn)的密度都很高,電弧就在其中燃燒。同時(shí),弧柱內(nèi)的金屬蒸汽和帶電質(zhì)點(diǎn)不斷地向外擴(kuò)散,電極也不斷的蒸發(fā)新的質(zhì)點(diǎn)來(lái)補(bǔ)充。在電流過(guò)零時(shí),電弧的能量減小,電極的溫度下降,蒸發(fā)作用減少,弧柱內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)密度降低,后,在過(guò)零時(shí)陰極斑消失,電弧熄滅。
有時(shí),蒸發(fā)作用不能維持弧柱的擴(kuò)散速度,電弧突然熄滅,發(fā)生截流現(xiàn)象。
2、大電流真空電弧
在觸頭斷開(kāi)大的電流時(shí),電弧的能量增大,陽(yáng)極也嚴(yán)重發(fā)熱,形成很強(qiáng)的集聚型的弧柱。同時(shí),電動(dòng)力的作用也明顯了,因此,對(duì)于大電流真空電弧,觸頭間的磁場(chǎng)分布就對(duì)電弧的穩(wěn)定性和熄弧性能有決定性的影響。如果電流太大,超過(guò)了極限開(kāi)斷電流,就會(huì)造成開(kāi)斷失敗。此時(shí),觸頭發(fā)熱嚴(yán)重,電流過(guò)零以后仍然蒸發(fā),介質(zhì)恢復(fù)困難,不能斷開(kāi)電流。
三、斷路器的結(jié)構(gòu)和工作原理
真空斷路器的生產(chǎn)廠家比較多,型號(hào)也較繁雜。按使用條件分為戶(hù)內(nèi)(ZNx—**)和戶(hù)外(ZWx—**)兩種類(lèi)型。主要由框架部分,滅弧室部分(真空泡),和操動(dòng)機(jī)構(gòu)部分組成。
斷路器本體部分由導(dǎo)電回路,絕緣系統(tǒng),密封件和殼體組成。整體結(jié)構(gòu)為三相共箱式。其中導(dǎo)電回路由進(jìn)出線導(dǎo)電桿,進(jìn)出線絕緣支座,導(dǎo)電夾,軟連接與真空滅弧室連接而成。
機(jī)構(gòu)為電動(dòng)儲(chǔ)能,電動(dòng)分合閘,同時(shí)具有手動(dòng)功能。整個(gè)結(jié)構(gòu)由合閘彈簧,儲(chǔ)能系統(tǒng),過(guò)流脫扣器,分合閘線圈,手動(dòng)分合閘系統(tǒng),輔助開(kāi)關(guān),儲(chǔ)能指示等部件組成。
工作原理
真空斷路器利用高真空中電流流過(guò)零點(diǎn)時(shí),等離子體迅速擴(kuò)散而熄滅電弧,完成切斷電流的目的。
動(dòng)作原理
儲(chǔ)能過(guò)程:當(dāng)儲(chǔ)能電機(jī)14接通電源時(shí),電機(jī)帶動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)緊靠在偏心輪上的滾子10帶動(dòng)拐臂9及連板7擺動(dòng),推動(dòng)儲(chǔ)能棘爪6擺動(dòng),使棘輪11轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)棘輪11上的銷(xiāo)與儲(chǔ)能軸套32的板靠住以后,二者一起運(yùn)動(dòng),使掛在儲(chǔ)能軸套上32上的合閘彈簧21拉長(zhǎng)。儲(chǔ)能軸套32由定位銷(xiāo)13固定,維持儲(chǔ)能狀態(tài),同時(shí),儲(chǔ)能軸套32上的拐臂推動(dòng)行程開(kāi)關(guān)5切斷儲(chǔ)能電機(jī)14的電源,并且儲(chǔ)能棘爪被抬起,與棘輪可靠脫離。
合閘操作過(guò)程:當(dāng)機(jī)構(gòu)接到合閘信號(hào)后(開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi),已儲(chǔ)能狀態(tài)),合閘電磁鐵15的鐵心被吸向下運(yùn)動(dòng),拉動(dòng)定位件13向逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),解除儲(chǔ)能維持,合閘彈簧21帶動(dòng)儲(chǔ)能軸套32逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),其凸輪壓動(dòng)傳動(dòng)軸套30,帶動(dòng)連板29及搖臂27運(yùn)動(dòng),使搖臂27扣住半軸25,使機(jī)構(gòu)處于合閘狀態(tài)。此時(shí),連鎖裝置28鎖住定位件,使定位牛不能逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),達(dá)到機(jī)構(gòu)聯(lián)銷(xiāo)的目的,保證了機(jī)構(gòu)在合閘位置不能合閘操作。
分閘操作過(guò)程:斷路器合閘后,分閘電磁鐵接到信號(hào),鐵芯吸合,分閘脫扣器19中的頂桿向上運(yùn)動(dòng),使脫扣軸16轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)頂桿18向上運(yùn)動(dòng),頂動(dòng)彎板26并帶動(dòng)半軸25向反時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。
半軸25與搖臂27解扣,在分閘彈簧的作用下,斷路器完成分閘操作。
四、斷路器的調(diào)試
開(kāi)距與超行程斷路器的開(kāi)距與超行程的測(cè)量可以根據(jù)圖三所示,在分合閘狀態(tài)測(cè)量出的X值之差為斷路器的開(kāi)距,Y值之差為斷路器的超行程。調(diào)整的方法為放長(zhǎng)或縮短絕緣操作桿3或機(jī)構(gòu)與主軸的連桿。
分合閘機(jī)構(gòu)調(diào)整
1、搖臂27與半軸25的扣接量為1.5~2.5mm,可以通過(guò)調(diào)整螺釘24來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2、傳動(dòng)軸套30轉(zhuǎn)動(dòng)大角時(shí),搖臂27與半軸間要有1.5~2mm的間隙,以保證傳動(dòng)軸套回落到合閘位置時(shí),搖臂27能自動(dòng)扣接到半軸25上,可以通過(guò)螺釘31的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3、輔助開(kāi)關(guān)2的轉(zhuǎn)換應(yīng)準(zhǔn)確可靠,可以通過(guò)調(diào)整輔助開(kāi)關(guān)2的拐臂3位置及位桿4的長(zhǎng)短來(lái)實(shí)現(xiàn)。
4、在儲(chǔ)能過(guò)程中,當(dāng)棘爪到達(dá)后一個(gè)齒的高點(diǎn)時(shí),應(yīng)能保證儲(chǔ)能軸套32上的拐臂使行程開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)可靠切換,切斷電機(jī)電源,可以通過(guò)調(diào)整行程開(kāi)關(guān)5的上下前后位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。
5、調(diào)整分閘合閘彈簧的預(yù)拉長(zhǎng)度,保證斷路器的可靠分合,且分合閘速度達(dá)到規(guī)定值。
五、斷路器的控制回路
在我國(guó)的農(nóng)網(wǎng)35KV標(biāo)準(zhǔn)化變電站中,采用了控制母線和合閘母線分開(kāi)的原則。
在短路器的輔助常閉接點(diǎn)與合閘線圈之間,把斷路器儲(chǔ)能行程開(kāi)關(guān)的一對(duì)常開(kāi)接點(diǎn)串聯(lián)進(jìn)控制回路。這樣,在斷路器未儲(chǔ)能的情況下,將不能進(jìn)行合閘操作。防止了在斷路器未儲(chǔ)能的情況下合閘,合閘回路保持,燒毀合閘線圈。
同時(shí),在接線的過(guò)程中,要注意儲(chǔ)能行程開(kāi)關(guān)接點(diǎn)中合閘母線與控制母線的極性要一致,防止出現(xiàn)在開(kāi)關(guān)蓄能時(shí),合閘回路的電弧擊穿行程開(kāi)關(guān),造成控制保險(xiǎn)的熔斷或控制空氣開(kāi)關(guān)的掉閘。
這一點(diǎn)在綜合自動(dòng)化變電站上要特別注意。
六、運(yùn)行維護(hù)與檢修試驗(yàn)
真空斷路器的燃弧時(shí)間短,絕緣強(qiáng)度高,電氣壽命也較高,觸頭的開(kāi)距與行程小,操作的能量小,因此,機(jī)械壽命也較高。在日常的運(yùn)行中,維護(hù)工作量很小,主要檢查機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)部件磨損情況,緊固件有無(wú)松動(dòng),清除絕緣表面的灰塵,在活動(dòng)部位注入一些潤(rùn)滑脂等。