真空断路器在电力系统中的应用与分析

真真空空断断路路器器在在电电力力系系统统中中的的应应用用与与分分析析 摘要： 本本文文简简述述了了真真空空断断路路器器的的工工作作原原理理和和主主要要结结构构以以及及其其所所具具有有的的特特点点。 通通过过对对真真空空断断路路器器在在变变电电站站现现场场实实用用性性的的分分析析找找出出优优缺缺点点及及应应用用中中易易出出现现的的故故障障 和和处处理理方方法法，为为真真空空断断路路器器的的运运行行和和检检修修提提供供了了依依据据。 关键字： 变变压压器器, 高高压压断断路路器器, 断断路路器器, 真真空空断断路路器器 1 概概述述 在电力系统中变电站上的变变压压器器、线路等元件，由于检修改变运行方式发 生故障的需将它们接入或退出，因而进行一些操作。例如，在正常情况下要能可 靠地接通和开断电路，在改变运行方式时，要能灵活地进行切换操作，在电路发 生故障情况下，能迅速切除故障电流，把事故限制在局部地区并使未故障部分继 续运行，以提高电力系统的可靠性。在检修设备时停电和隔离带电部分，保证工 作人员的安全等，为完成以上这些操作在电力系统变电站上必须装一些开关电器。 它是电力系统的重要设备之一，其中断路器的任务最为重要、地位最重要，其结 构也最为复杂，特别是高压断路器尤为重要。 高高压压断断路路器器是用来在正常情况下接通和断开电路且在故障情况下能自动迅速 开断故障电流的开关设备。所以，对它的基本要求是：在各种情况下应具有足够 的开断能力，尽可能短的动作时间和高度的工作可靠性。断路器最重要的任务就 是熄灭电弧，所以各种断路器都有不同结构的灭弧装置，它在很大程度上影响断 路器的灭弧性能。根据断断路路器器所采用的灭弧介质及作用原理，断路器可分为以 下几种类型：油断路器、压缩空气断路器、SF6 断路器、真真空空断断路路器器、自产 气断路器和磁吹断路器，其中真空断路器是近年来研制的一种新型断路器，在 10KV 变电设备中广泛应用着，真空断路器是以真空作为灭弧介质和绝缘介质， 本文对真空断路器进行介绍和分析。 来源 :大比特半导体器件网 2 真真空空断断路路器器的的工工作作原原理理和和主主要要结结构构及及特特点点 2.1 真真空空断断路路器器的的工工作作原原理理 真空断路器的工作原理是：当动、静触头在操作机构的作用下分闸时，触头 间产生电弧，触头表面在高温下挥发出蒸汽，由于触头设计为特殊形状，在电流 通过时产生一磁场，电弧在此磁场作用下沿触头表面切线方向快速运动，在金属 圆筒 (屏蔽罩 )上凝结了部分金属蒸汽，电弧在自然过零时就熄灭了，触头间的介 质强度又迅速恢复起来。 2.2 真真空空断断路路器器的的构构成成 真空断路器的主要结构由真空灭弧室、操作机构和绝缘支撑件基架等组成。 来源 :大比特半导体器件网 2.2.1 真真空空灭灭弧弧室室 按照开关型式不同有外屏蔽罩式陶瓷真空灭弧室、中间封接杯状纵磁场小型 化真空灭弧室、内封接式玻璃泡灭弧室，其基本结构如下： 气气密密绝绝缘缘系系统统(外外壳壳 ) 由陶瓷、玻璃或微晶玻璃制成的气密绝缘筒、动端盖板、定端盖板、不锈钢 波纹管组成的气密绝缘系统是一个真空密闭容器。为了保证气密性，除了在封接 式要有严格的操作工艺，还要求材料本身透气性和内部放气量小。 来源 : 大比特半导体器件网 导导电电系系统统 由定导电杆、定跑弧面、定触头、动触头、动跑弧面、动导电杆构成。触头 结构大致有三种：圆柱形触头、带有螺旋槽跑弧面的横向磁场触头、纵向磁场触 头。目前采用纵磁场技术，此种灭弧室具有强而稳定的电弧开断能力。 来源 :大比特半导体器件网 屏屏蔽蔽系系统统 屏蔽罩是真空灭弧室中不可缺少的元件，并且有围绕触头的主屏蔽罩、波纹 管屏蔽罩和均压用屏蔽罩等多种。主屏蔽罩的作用是：a 防止燃弧过程中电 弧生成物喷溅到绝缘外壳的内壁，从而降低外壳的绝缘强度。b 改善灭弧 室内部电场分布的均匀性，有利于降低局部场强，促进真空灭弧室小型化。c 冷 凝电弧生成物，吸收一部分电弧能量，有助于弧后间隙介质强度的恢复。 来源 :大比特半导体器件网 2.2.2 断断路路器器的的操操作作机机构构 按照断路器型式不同，采用的操作机构不同。常用的操作机构有弹簧操作机 构、 CD10 电磁操作机构、CD17 电磁操作机构、CT19 弹簧储能操作机构、 CT8 弹簧储能操作机构。 来源 :大比特半导体器件网 2.2.3 其其它它部部件件：基基座座、绝绝缘缘支支撑撑件件、绝绝缘缘子子等等 2.3 真真空空断断路路器器的的特特点点有有以以下下几几种种 触头开距小，10KV 真空断路器的触头开距只有10mm 左右，操作机 构的操作功就小，机械部分行程小，其机械寿命就长。 燃弧时间短，且与开关电流大小无关，一般只有半周波。 熄弧后触头间隙介质恢复速度快，对开断近区故障性能较好。 由于疏通在开断电流时磨损量较小，所以触头的电气寿命长，满容量开断 达 30-50 次，额定电流开断达5000 次以上，噪音小适于频繁操作。 体积小、重量轻。 来源 :大比特半导体器件网 适用于开断容性负荷电流。 由于其优点很多，所以广泛应用于变电站中，目前型号主要有： ZN12-10 型、 ZN28A-10 型、 ZN65A-12 型、 ZN12A-12 型、 VS1 型、 ZN30 型等。 3 真真空空断断路路器器应应用用中中常常发发生生的的故故障障及及处处理理方方法法 真空断路器具有很多优点，所以在变电站上应用很多。由于采用了特殊的真 空元件，随着近年来制造水平的提高，灭弧室部分的故障明显降低。真空灭弧室 无需检修处理，当其损坏时，只能采取更换。真空断路器运行中发生的故障以操 作机构部分所占比重较大，其次为一次导电部分，触头导电杆等。下面对真空断 路器常发生的故障进行分析和处理，有如下几个方面： 来源 :大比特半导体 器件网 3.1 真真空空度度降降低低 运行中真空断路器灭弧室的真空度低于6.6x10-2pa，新出厂的真空灭弧 室低于 7.5x10-4pa，即为不合格，造成真空度降低的原因有：真空灭弧室漏气， 主要是焊缝不严密或密封部位存在微小漏孔造成。 真空灭弧室内部金属材料含气释放，这种情况是在真空灭弧室最初几次放电 过程中使真空度在一段时间内下降，微量气体排尽后，真空度就维持在一定水平 上。 来源 :大比特半导体器件网 常常用用检检查查真真空空度度的的方方法法： 火花计法：这种方法简单，只可做定性检查，让火花计触丝在开关管表面 移动，观察管内发光情况，若是淡青色，可判定真空度合格，若为红蓝色，可判 断灭弧室已失效，此种方法不适用于陶瓷外壳灭弧室。 观察开断电流时的弧光，正常应为淡青色，若弧光为紫红色可判断灭弧室 已失效。 来源 :大比特半导体器件网 工频耐压法：对于10KV 真空开关管在断口加42KV1min 工频电压应 合格。 来源 :大比特半导体器件网 真空度测试仪法处理方法：真空度降低后应更换真空灭弧室。 3.2 灭灭弧弧室室触触头头电电磨磨损损 真空灭弧室触头接触面经过多次开断电流后，会逐渐被磨损烧灼(通常 称为电磨损 )，触头厚度减小波纹管行程变大，接触电阻增大，这对开关的灭弧 性能和导电性能会产生不利影响，在检修中开关超行程的变化就是触头的电磨损。 当电磨损值达到厂家规定时，灭弧室就不能继续使用。电磨损可用检查灭弧室动 导电杆伸出导相板长度的变化情况，如果变化量超出了3mm，即磨损严重， 也可用定性的方法即测量接触电阻，一般要求测量值不大于出厂值的1.2 倍。处理方法：触头电磨损严重，达到或超过规定值时，必须更换真空管，并三 相一同更换。如未超规定或接触电阻明显增大但未超规定值时，可对触头间隙进 行调整后继续使用。但应测灭弧室的真空度，如灭弧室不满足要求，也应该更换。 3.3 真真空空断断路路器器拒拒分分的的原原因因及及查查找找方方法法 3.3.1 电电气气回回路路故故障障 直流电压过低;操作保险及掉闸回路元件接触不良或短线; 掉闸线圈断线;开关低电压不合格;小车或开关连锁接点接触不良。 来源 :大比特半导体器件网 3.3.2 机机械械回回路路故故障障 三连板三点过低;掉闸顶杆卡劲或脱落;合闸缓冲偏移、滚轮及缓冲 杆卡劲。查找方法：电动掉闸失灵时，应先判断是电气回路故障还是机械回路故 障，当顶杆铁心不动，则说明是掉闸回路，否则是机械回路故障，然后再进一步 找出原因。当发现开关掉闸失灵时应以手动托开。 3.4 真真空空断断路路器器拒拒合合且且出出现现跳跳跃跃的的原原因因及及处处理理方方法法 3.4.1 电磁操作机构的合闸铁心顶杆长度不够，应调整铁心顶杆长度使其滚 轮和托架之间间隙符合20.5mm 的要求。 3.4.2 辅助开关断开过早，此时调整辅助开关拉杆长度使其在断路器触头闭 合之后再断开。 来源 :大比特半导体器件网 3.4.3 弹簧储能操作机构合闸弹簧限位不可靠、合闸不到位，合闸弹簧储能 结束，但电机电位不能切断。 3.5 弹弹簧簧储储能能开开关关合合不不上上闸闸 3.5.1 合闸簧功率不够，更换合闸簧。 3.5.2 开关合闸时处于半分半合状态，调整凸轮与滚轮间隙使之增大，调整