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真空斷路器在電力系統中的應用與分析

摘要:本文簡(jiǎn)述了真空斷路器的工作原理和主要結構以及其所具有的特點(diǎn)。通過(guò)對真空斷路器在變電站現場(chǎng)實(shí)用性的分析找出優(yōu)缺點(diǎn)及應用中易出現的故障和處理方法,為真空斷路器的運行和檢修提供了依據。
  關(guān)鍵詞:真空斷路器原理結構特性故障及處理方法
  1概述

  在電力系統中變電站上的變壓器、線(xiàn)路等元件,由于檢修改變運行方式發(fā)生故障的需將它們接入或退出,因而進(jìn)行一些操作。例如,在正常情況下要能可靠地接通和開(kāi)斷電路,在改變運行方式時(shí),要能靈活地進(jìn)行切換操作,在電路發(fā)生故障情況下,能迅速切除故障電流,把事故限制在局部地區并使未故障部分繼續運行,以提高電力系統的可靠性。在檢修設備時(shí)停電和隔離帶電部分,保證工作人員的安全等,為完成以上這些操作在電力系統變電站上必須裝一些開(kāi)關(guān)電器。它是電力系統的重要設備之一,其中斷路器的任務(wù)最為重要、地位最重要,其結構也最為復雜,特別是高壓斷路器尤為重要。

  高壓斷路器是用來(lái)在正常情況下接通和斷開(kāi)電路且在故障情況下能自動(dòng)迅速開(kāi)斷故障電流的開(kāi)關(guān)設備。所以,對它的基本要求是:在各種情況下應具有足夠的開(kāi)斷能力,盡可能短的動(dòng)作時(shí)間和高度的工作可靠性。斷路器最重要的任務(wù)就是熄滅電弧,所以各種斷路器都有不同結構的滅弧裝置,它在很大程度上影響斷路器的滅弧性能。根據斷路器所采用的滅弧介質(zhì)及作用原理,斷路器可分為以下幾種類(lèi)型:油斷路器、壓縮空氣斷路器、SF6斷路器、真空斷路器、自產(chǎn)氣斷路器和磁吹斷路器,其中真空斷路器是近年來(lái)研制的一種新型斷路器,在10KV變電設備中廣泛應用著(zhù),真空斷路器是以真空作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì),本文對真空斷路器進(jìn)行介紹和分析。

  2真空斷路器的工作原理和主要結構及特點(diǎn)

  2.1真空斷路器的工作原理

  真空斷路器的工作原理是:當動(dòng)、靜觸頭在操作機構的作用下分閘時(shí),觸頭間產(chǎn)生電弧,觸頭表面在高溫下?lián)]發(fā)出蒸汽,由于觸頭設計為特殊形狀,在電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生一磁場(chǎng),電弧在此磁場(chǎng)作用下沿觸頭表面切線(xiàn)方向快速運動(dòng),在金屬圓筒(屏蔽罩)上凝結了部分金屬蒸汽,電弧在自然過(guò)零時(shí)就熄滅了,觸頭間的介質(zhì)強度又迅速恢復起來(lái)。

  2.2真空斷路器的構成

  真空斷路器的主要結構由真空滅弧室、操作機構和絕緣支撐件基架等組成。

  2.2.1真空滅弧室

  按照開(kāi)關(guān)型式不同有外屏蔽罩式陶瓷真空滅弧室、中間封接杯狀縱磁場(chǎng)小型化真空滅弧室、內封接式玻璃泡滅弧室,其基本結構如下:

 ?、贇饷芙^緣系統(外殼)

  由陶瓷、玻璃或微晶玻璃制成的氣密絕緣筒、動(dòng)端蓋板、定端蓋板、不銹鋼波紋管組成的氣密絕緣系統是一個(gè)真空密閉容器。為了保證氣密性,除了在封接式要有嚴格的操作工藝,還要求材料本身透氣性和內部放氣量小。

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  由定導電桿、定跑弧面、定觸頭、動(dòng)觸頭、動(dòng)跑弧面、動(dòng)導電桿構成。觸頭結構大致有三種:圓柱形觸頭、帶有螺旋槽跑弧面的橫向磁場(chǎng)觸頭、縱向磁場(chǎng)觸頭。目前采用縱磁場(chǎng)技術(shù),此種滅弧室具有強而穩定的電弧開(kāi)斷能力。

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  屏蔽罩是真空滅弧室中不可缺少的元件,并且有圍繞觸頭的主屏蔽罩、波紋管屏蔽罩和均壓用屏蔽罩等多種。主屏蔽罩的作用是:a防止燃弧過(guò)程中電弧生成物噴濺到絕緣外殼的內壁,從而降低外殼的絕緣強度。b改善滅弧室內部電場(chǎng)分布的均勻性,有利于降低局部場(chǎng)強,促進(jìn)真空滅弧室小型化。c冷凝電弧生成物,吸收一部分電弧能量,有助于弧后間隙介質(zhì)強度的恢復。

  2.2.2斷路器的操作機構

  按照斷路器型式不同,采用的操作機構不同。常用的操作機構有彈簧操作機構、CD10電磁操作機構、CD17電磁操作機構、CT19彈簧儲能操作機構、CT8彈簧儲能操作機構。

  2.2.3其它部件:基座、絕緣支撐件、絕緣子等

  2.3真空斷路器的特點(diǎn)有以下幾種

 ?、儆|頭開(kāi)距小,10KV真空斷路器的觸頭開(kāi)距只有10mm左右,操作機構的操作功就小,機械部分行程小,其機械壽命就長(cháng)。
 ?、谌蓟r(shí)間短,且與開(kāi)關(guān)電流大小無(wú)關(guān),一般只有半周波。
 ?、巯ɑ『笥|頭間隙介質(zhì)恢復速度快,對開(kāi)斷近區故障性能較好。
 ?、苡捎谑柰ㄔ陂_(kāi)斷電流時(shí)磨損量較小,所以觸頭的電氣壽命長(cháng),滿(mǎn)容量開(kāi)斷達30-50次,額定電流開(kāi)斷達5000次以上,噪音小適于頻繁操作。
 ?、蒹w積小、重量輕。
 ?、捱m用于開(kāi)斷容性負荷電流。

  由于其優(yōu)點(diǎn)很多,所以廣泛應用于變電站中,目前型號主要有:ZN12-10型、ZN28A-10型、ZN65A-12型、ZN12A-12型、VS1型、ZN30型等。

  3真空斷路器應用中常發(fā)生的故障及處理方法

  真空斷路器具有很多優(yōu)點(diǎn),所以在變電站上應用很多。由于采用了特殊的真空元件,隨著(zhù)近年來(lái)制造水平的提高,滅弧室部分的故障明顯降低。真空滅弧室無(wú)需檢修處理,當其損壞時(shí),只能采取更換。真空斷路器運行中發(fā)生的故障以操作機構部分所占比重較大,其次為一次導電部分,觸頭導電桿等。下面對真空斷路器常發(fā)生的故障進(jìn)行分析和處理,有如下幾個(gè)方面:

  3.1真空度降低

  運行中真空斷路器滅弧室的真空度低于6.6x10-2pa,新出廠(chǎng)的真空滅弧室低于7.5x10-4pa,即為不合格,造成真空度降低的原因有:真空滅弧室漏氣,主要是焊縫不嚴密或密封部位存在微小漏孔造成。

  真空滅弧室內部金屬材料含氣釋放,這種情況是在真空滅弧室最初幾次放電過(guò)程中使真空度在一段時(shí)間內下降,微量氣體排盡后,真空度就維持在一定水平上。

  常用檢查真空度的方法:

 ?、倩鸹ㄓ嫹ǎ哼@種方法簡(jiǎn)單,只可做定性檢查,讓火花計觸絲在開(kāi)關(guān)管表面移動(dòng),觀(guān)察管內發(fā)光情況,若是淡青色,可判定真空度合格,若為紅藍色,可判斷滅弧室已失效,此種方法不適用于陶瓷外殼滅弧室。
 ?、谟^(guān)察開(kāi)斷電流時(shí)的弧光,正常應為淡青色,若弧光為紫紅色可判斷滅弧室已失效。
 ?、酃ゎl耐壓法:對于10KV真空開(kāi)關(guān)管在斷口加42KV1min工頻電壓應合格。
 ?、苷婵斩葴y試儀法處理方法:真空度降低后應更換真空滅弧室。

  3.2滅弧室觸頭電磨損

  真空滅弧室觸頭接觸面經(jīng)過(guò)多次開(kāi)斷電流后,會(huì )逐漸被磨損燒灼(通常稱(chēng)為電磨損),觸頭厚度減小波紋管行程變大,接觸電阻增大,這對開(kāi)關(guān)的滅弧性能和導電性能會(huì )產(chǎn)生不利影響,在檢修中開(kāi)關(guān)超行程的變化就是觸頭的電磨損。當電磨損值達到廠(chǎng)家規定時(shí),滅弧室就不能繼續使用。電磨損可用檢查滅弧室動(dòng)導電桿伸出導相板長(cháng)度的變化情況,如果變化量超出了3mm,即磨損嚴重,也可用定性的方法即測量接觸電阻,一般要求測量值不大于出廠(chǎng)值的1.2倍。處理方法:觸頭電磨損嚴重,達到或超過(guò)規定值時(shí),必須更換真空管,并三相一同更換。如未超規定或接觸電阻明顯增大但未超規定值時(shí),可對觸頭間隙進(jìn)行調整后繼續使用。但應測滅弧室的真空度,如滅弧室不滿(mǎn)足要求,也應該更換。

  3.3真空斷路器拒分的原因及查找方法

  3.3.1電氣回路故障

 ?、僦绷麟妷哼^(guò)低;②操作保險及掉閘回路元件接觸不良或短線(xiàn);

 ?、鄣糸l線(xiàn)圈斷線(xiàn);④開(kāi)關(guān)低電壓不合格;⑤小車(chē)或開(kāi)關(guān)連鎖接點(diǎn)接觸不良。

  3.3.2機械回路故障

 ?、偃B板三點(diǎn)過(guò)低;②掉閘頂桿卡勁或脫落;③合閘緩沖偏移、滾輪及緩沖桿卡勁。查找方法:電動(dòng)掉閘失靈時(shí),應先判斷是電氣回路故障還是機械回路故障,當頂桿鐵心不動(dòng),則說(shuō)明是掉閘回路,否則是機械回路故障,然后再進(jìn)一步找出原因。當發(fā)現開(kāi)關(guān)掉閘失靈時(shí)應以手動(dòng)托開(kāi)。

  3.4真空斷路器拒合且出現跳躍的原因及處理方法

  3.4.1電磁操作機構的合閘鐵心頂桿長(cháng)度不夠,應調整鐵心頂桿長(cháng)度使其滾輪和托架之間間隙符合2±0.5mm的要求。
  3.4.2輔助開(kāi)關(guān)斷開(kāi)過(guò)早,此時(shí)調整輔助開(kāi)關(guān)拉桿長(cháng)度使其在斷路器觸頭閉合之后再斷開(kāi)。
  3.4.3彈簧儲能操作機構合閘彈簧限位不可靠、合閘不到位,合閘彈簧儲能結束,但電機電位不能切斷。
  3.5彈簧儲能開(kāi)關(guān)合不上閘
  3.5.1合閘簧功率不夠,更換合閘簧。
  3.5.2開(kāi)關(guān)合閘時(shí)處于半分半合狀態(tài),調整凸輪與滾輪間隙使之增大,調整超程使之減小。

  4結束語(yǔ)

  本文分析了真空斷路器的特性和主要結構,由于真空斷路器具有分斷能力高、熄弧能力強、壽命長(cháng)、結構簡(jiǎn)單維修方便的優(yōu)點(diǎn),所以在電力系統中應用非常廣泛,顯示了其巨大的優(yōu)越性,在10KV電壓等級的高壓斷路器中真空斷路器占絕對優(yōu)勢,我們的變電站中都采用此種開(kāi)關(guān)。但從本文介紹中知道,真空斷路器還易出現一些故障,檢修人員應掌握這些處理方法,以保證安全生產(chǎn)、可靠供電。

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