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設備,它的作用是:
(1)控制作用。根據(jù)電力系統(tǒng)運行的需要,將部分或全部電氣設備,以及部分或全部線路投人或退出運行。
防止事故擴大,保護系統(tǒng)中各類電氣設備不受損壞,保證系統(tǒng)無故障部分安全運行。
高壓斷路器的主要結(jié)構(gòu)大體分為:導流部分,滅弧部分,絕緣部分,操作機構(gòu)部分。高壓開關(guān)的主要類型按滅弧介質(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。
高壓斷路器的試驗類別主要分為:設備交接試驗,大修后試驗,預防性試驗,專項鑒定試驗。主要試驗項目為:絕緣電阻測定、測量導管的介質(zhì)損失率、油試驗、交流耐壓試驗、回路直流電阻測定等項目。具體項目及要求按《電氣設備交接預防性試驗規(guī)定》確定。
簡介:隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展,高壓斷路器設備的裝用量將大幅度上升,了解高壓斷路器設備的故障原因,采取積極的防范措施,對提高電網(wǎng)供電的可靠性是很有幫助的。
關(guān)鍵字:高壓斷路器設備常見事故
隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展,高壓斷路器設備的裝用量將大幅度上升,了解高壓斷路器設備的故障原因,采取積極的防范措施,對提高電網(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,真空不存在導電介質(zhì),使電弧快速熄滅,因此該斷路器的動靜觸頭之間的間距很少。該斷路器一般用于電壓等級相對低的廠用電配置中!隨著電力系統(tǒng)的迅猛發(fā)展,10KV真空斷路器在我國已經(jīng)大批量地生產(chǎn)和使用。對于檢修人員來說,提高對真空斷路器的認識,加強維護保養(yǎng),使其安全運行,成了一個迫在眉睫的問題。本文以ZW27—12為例,簡要說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,而在高強電場作用下由電極析出的金屬質(zhì)點才是引起絕緣破壞的主要因素。
真空間隙中的絕緣強度不僅與間隙的大小,電場的均勻程度有關(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距一般不大的原因。
電極材料對擊穿電壓的影響主要表現(xiàn)在材料的機械強度(抗拉強度)和金屬材料的熔點上。抗拉強度和熔點越高,電極在真空下的絕緣強度越高。
實驗表明,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度,其真空度應不低于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習的氣體電弧放電現(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)出來的金屬蒸汽中形成的。同時,開斷電流的大小不同,電弧表現(xiàn)的特點也不同。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、德國和原蘇聯(lián)等其他國家。我國從1959年起開始研究真空斷路器的理論,到20世紀70年代初正式生產(chǎn)各類真空斷路器。真空滅弧室、操動機構(gòu)、絕緣水平等制造技術(shù)的不斷創(chuàng)新和改進,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、運行可靠性高、不檢修周期長的優(yōu)勢,在當今我國電力工業(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)得到了廣泛的應用。產(chǎn)品從過去的ZN1-ZN5幾個品種到現(xiàn)在數(shù)十個型號、品種,額定電流達到 4000A,開斷電流達到5OKA,甚至有63kA,電壓達到35kV等級。
下面將從真空斷路器的幾個主要方面看它的發(fā)展及特點,分別是真空滅弧室的發(fā)展、操動機構(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)來熄滅電弧的設想在19世紀末就己提出,20世紀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,當時并未實現(xiàn)實用化。20世紀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,使真空開關(guān)逐漸達到實用水平。20世紀50年代中期美國通用電氣公司批量生產(chǎn)了額定開斷電流為12KA的真空斷路器。隨后在20世紀50年代末由于發(fā)展了具有橫向磁場觸頭的真空滅弧室,使額定開斷電流提高到3OKA的水平 o20世紀70年代后,日本東芝電氣公司研制成功了具有縱向磁場觸頭的真空滅弧室,使額定開斷電流又進一步提高到5OKA以上。目前真空斷路器己廣泛用于 1OKV、35kV配電系統(tǒng)中,額定開斷電流己能做到5OKA-100KAo有些國家還生產(chǎn)了72kV/84kV級的真空滅弧室,但數(shù)量不多。
近年來,我國真空斷路器的生產(chǎn)發(fā)展也很快。目前國內(nèi)真空滅弧室的技術(shù)與國外產(chǎn)品不相上下,有采用縱向、橫向的磁場技術(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斷5OKA、63kAo中國的真空滅弧室已達到較高的水平,真空斷路器完全可以選用國產(chǎn)的真空滅弧室。
真空滅弧室的特點
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、靜觸頭和屏蔽罩,室內(nèi)有負壓,真空度為133×10九133×lOJPa, 保證其開斷時的滅弧性能和絕緣水平。當真空度降低時,其開斷性能明顯降低,因此真空滅弧室不得受任何外力碰撞,嚴禁敲擊、手拍打,搬動及維護時不得受力o 禁止把任何東西放在真空斷路器上,以防止落下時打壞真空滅弧室。出廠前真空斷路器經(jīng)過嚴格平行度檢查和裝配,維修時應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)開斷電流并進行滅弧,而真空斷路器本身沒有定性、定量監(jiān)測真空度特性的裝置,所以真空度降低故障為隱性故障,同時,真空度降低將嚴重影響真空斷路器開斷過電流的能力,并導致斷路器的使用壽命急劇下降嚴重時會引起開關(guān)爆炸。
綜上所述真空滅弧室存在的主要問題真空度降低。真空度降低的主要原因有以下幾點。
(1)真空斷路器是一個比較嬌嫩的元件,電子管廠出廠后,經(jīng)過多次運輸顛簸、安裝震動、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。
(3)分體式真空斷路器,如使用電磁式操作機構(gòu),在操作時,由于操作連桿的距離比較大,直接影響開關(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關(guān)真空度測試儀對真空滅弧室進行真空度的測量,確保真空滅弧室的真空度在規(guī)定范圍內(nèi);當真空度降低時,必須更換真空滅弧室,并做好行程、同期、彈跳等特性試驗。
操動機構(gòu)的發(fā)展
操動機構(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機構(gòu)的機械特性。根據(jù)操動機構(gòu)的發(fā)展可分為以下幾類。
手動操動機構(gòu)
靠于動直接合閘的操動機構(gòu)稱為手動操動機構(gòu),它主要用來操動電壓等級低、額定開斷電流很小的斷路器。除工礦企業(yè)用戶外電力部門中手動機構(gòu)已很少采用。手動操動機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、不要求配備復雜的輔助設備及操動電源缺點是不能自動重合閘,只能就地操作,不夠安全。因此,手動操動機構(gòu)已幾乎被手力儲能的彈簧操動機構(gòu)所代替。
電磁操動機構(gòu)
靠電磁力合閘的操動機構(gòu)稱為電磁操動機構(gòu)d配合國產(chǎn)ZN28-12型產(chǎn)品發(fā)展的有CD17型機構(gòu),結(jié)構(gòu)上也采用與真空滅弧室前后布置的方式。
電磁操動機構(gòu)的優(yōu)點是機構(gòu)簡單、工作可靠、制造成本低,缺點是合閘線圈消耗的功率太大,需要備價格昂貴的蓄電池、合閘電流較大、結(jié)構(gòu)比較笨重、動作時間較長,市場占有量逐漸減少。
1、小電流真空電弧
觸頭在真空中開斷時,產(chǎn)生電流和能量十分集聚的陰極斑點,從陰極斑點上大量地蒸發(fā)金屬蒸汽,其中的金屬原子和帶電質(zhì)點的密度都很高,電弧就在其中燃燒。同時,弧柱內(nèi)的金屬蒸汽和帶電質(zhì)點不斷地向外擴散,電極也不斷的蒸發(fā)新的質(zhì)點來補充。在電流過零時,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)點密度降低,后,在過零時陰極斑消失,電弧熄滅。
有時,蒸發(fā)作用不能維持弧柱的擴散速度,電弧突然熄滅,發(fā)生截流現(xiàn)象。
2、大電流真空電弧
在觸頭斷開大的電流時,電弧的能量增大,陽極也嚴重發(fā)熱,形成很強的集聚型的弧柱。同時,電動力的作用也明顯了,因此,對于大電流真空電弧,觸頭間的磁場分布就對電弧的穩(wěn)定性和熄弧性能有決定性的影響。如果電流太大,超過了極限開斷電流,就會造成開斷失敗。此時,觸頭發(fā)熱嚴重,電流過零以后仍然蒸發(fā),介質(zhì)恢復困難,不能斷開電流。
工作原理
真空斷路器利用高真空中電流流過零點時,等離子體迅速擴散而熄滅電弧,完成切斷電流的目的。
動作原理
儲能過程:當儲能電機14接通電源時,電機帶動偏心輪轉(zhuǎn)動,通過緊靠在偏心輪上的滾子10帶動拐臂9及連板7擺動,推動儲能棘爪6擺動,使棘輪11轉(zhuǎn)動,當棘輪11上的銷與儲能軸套32的板靠住以后,二者一起運動,使掛在儲能軸套上32上的合閘彈簧21拉長。儲能軸套32由定位銷13固定,維持儲能狀態(tài),同時,儲能軸套32上的拐臂推動行程開關(guān)5切斷儲能電機14的電源,并且儲能棘爪被抬起,與棘輪可靠脫離。
合閘操作過程:當機構(gòu)接到合閘信號后(開關(guān)處于斷開,已儲能狀態(tài)),合閘電磁鐵15的鐵心被吸向下運動,拉動定位件13向逆時針方向轉(zhuǎn)動,解除儲能維持,合閘彈簧21帶動儲能軸套32逆時針方向轉(zhuǎn)動,其凸輪壓動傳動軸套30,帶動連板29及搖臂27運動,使搖臂27扣住半軸25,使機構(gòu)處于合閘狀態(tài)。此時,連鎖裝置28鎖住定位件,使定位牛不能逆時針方向轉(zhuǎn)動,達到機構(gòu)聯(lián)銷的目的,保證了機構(gòu)在合閘位置不能合閘操作。
分閘操作過程:斷路器合閘后,分閘電磁鐵接到信號,鐵芯吸合,分閘脫扣器19中的頂桿向上運動,使脫扣軸16轉(zhuǎn)動,帶動頂桿18向上運動,頂動彎板26并帶動半軸25向反時針方向轉(zhuǎn)動。
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
開距與超行程斷路器的開距與超行程的測量可以根據(jù)圖三所示,在分合閘狀態(tài)測量出的X值之差為斷路器的開距,Y值之差為斷路器的超行程。調(diào)整的方法為放長或縮短絕緣操作桿3或機構(gòu)與主軸的連桿。
分合閘機構(gòu)調(diào)整
1、搖臂27與半軸25的扣接量為1.5~2.5mm,可以通過調(diào)整螺釘24來實現(xiàn)。
2、傳動軸套30轉(zhuǎn)動大角時,搖臂27與半軸間要有1.5~2mm的間隙,以保證傳動軸套回落到合閘位置時,搖臂27能自動扣接到半軸25上,可以通過螺釘31的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。
3、輔助開關(guān)2的轉(zhuǎn)換應準確可靠,可以通過調(diào)整輔助開關(guān)2的拐臂3位置及位桿4的長短來實現(xiàn)。
4、在儲能過程中,當棘爪到達后一個齒的高點時,應能保證儲能軸套32上的拐臂使行程開關(guān)的觸點可靠切換,切斷電機電源,可以通過調(diào)整行程開關(guān)5的上下前后位置來實現(xiàn)。
5、調(diào)整分閘合閘彈簧的預拉長度,保證斷路器的可靠分合,且分合閘速度達到規(guī)定值。
五、斷路器的控制回路
在我國的農(nóng)網(wǎng)35KV標準化變電站中,采用了控制母線和合閘母線分開的原則。
在短路器的輔助常閉接點與合閘線圈之間,把斷路器儲能行程開關(guān)的一對常開接點串聯(lián)進控制回路。這樣,在斷路器未儲能的情況下,將不能進行合閘操作。防止了在斷路器未儲能的情況下合閘,合閘回路保持,燒毀合閘線圈。
同時,在接線的過程中,要注意儲能行程開關(guān)接點中合閘母線與控制母線的極性要一致,防止出現(xiàn)在開關(guān)蓄能時,合閘回路的電弧擊穿行程開關(guān),造成控制保險的熔斷或控制空氣開關(guān)的掉閘。