真空断路器机械参数的选择和调试.pdfVIP

2 0 1 0 年第 1 期 上 海 电力 真空断路器机械参数的选择和调试 韩 承 栋 ( 爱迪 生 电 气 研 发 ( 上 海 ) 有 限公 司 ， 上 海2 0 1 2 0 2 ) 摘要 ： 真 空 断 路 器 的机 械 特 性 参 数 选 择 正 确 与 否 对 真 空 断 路 器 承 载 额 定 电 流 ， 开 断 短 路 电 流 起 着 关 键 性 的 作用。文章介 绍了真空 断路 器额定开距 、 额定超程 、 额定触头工作压力 、 分合闸速度以及弹跳时间等机械参数 的选择方 法 ， 为真空断路器试验中机械特性参数调整时提供参考 。 关键 词 ： 真空断路器 ； 机械特性参数 ； 调试 中 图 分 类 号 ： TM5 6 1 2 文 献标 识 码 ： B l 引言 真 空断路 器 目前在 国 内外 输 配 电领 域使 用率 逐 年提 高 ， 尤 其 是 在 7 2 4 0 5 k V 中压 系 统 中 的应 用更 加广 泛 。随着 真空断 路器使 用 率 的增 加 和使 用 范围 的扩 大 ， 持续 稳 定 的安全 运行 要 求 被 摆在 第一 的位 置 。正 确 的机械 特性参 数选 择对 真 空断 路器 承载 额定 电流 ， 开 断 短路 电 流起 着 关键 性 的作用 。 2 额 定 开 距 额 定开距 是指 真空 断路器 触 头处在 完全 断开 的位置 时 ， 动 静 触 头之 间 的最 短距 离 。它决 定 于 真 空断路 器 的额 定 电压 、 使 用 条 件 下 开 断 电流 的 性 质 、 触 头材 料 及其 绝 缘 耐 压要 求 。额定 开 距 的 大 小主要 决定 了真空 灭弧 室 的绝缘 能力 和断路 器 的机械寿命 能力 。开 距选择 的小 一点 适合 于频 繁 操作 的场合 ， 例 如真 空接触器 或 真空 负荷 开关 ， 但 会影 响一定 的绝 缘 强 度 ； 开距 选 择 的大 一 点适 合 于绝 缘强度 大 能开 断短路 电流 承受 瞬态恢 复 电压 的真 空断路 器 ， 但 过 大 的开 距 根 据 巴 申定 律 并不 会 显 著增强 真 空灭 弧 室 的 绝缘 强 度 ， 相 反 太 大 的 开距 只会增 加操 作机构 的操 作功 同时增 加对 波纹 管 的 冲击力 ， 从 而造成 机 械寿 命 的 降低 。因此 7 2 k V真 空 断 路 器 额 定 开 距 一 般 为 4 8 mm， 1 2 k V一 般 为 9 1 2 mm， 4 0 5 k V 一 般 为 2 0 4 0 3 额 定 超 程 额定超 程是 真 空 断 路器 触 头 完 全 闭合 后 ， 动 或静触 头所 能移 动 的距离 。合适 的超 程 能保证触 头在 电磨损 后仍 能 保 持 一定 的接 触 压 力 ， 提 高长 期 运行 的安 全 系数 ； 能 有效 的减小 合 闸弹跳 ， 减小 关 合短路 电流时 触 头熔 焊 的产 生 ； 能 提 高 一定 的 刚 分 速 度 ， 减 小 燃 弧 时 间 ， 增 加 介 质 场 强 恢 复 速 度 ， 提高 短路 电流 开断 能力 。如果超 程 太小 ， 就 不 能保 证触 头在 烧损 后 应 有 的合 闸触 头 压 力 ， 影 响 承 载短路 电流 的能力 ， 动 热稳定 性能 相应 下降 ， 甚 在 使用 电磁式 电压互 感 器 的系 统 中 ， 由于 电容 电 感 的存 在 ， 回路就会 有一 个 自振频率 ， 当系统 出现 与 回路 自振 频 率 相 同频 率 的 谐 波 时 ， P T 就 会 有 发 生谐振 的可 能 ， 所 以 上述 消 谐 措 施不 能 从 根 本 上 消除 P T 谐 振 的 可 能 。光学 电压 互 感 器 无 油 、 无 电磁 电感 、 频带 宽 、 没 有燃 烧 爆 炸 的危 险 、 没 有 铁磁 谐振 的现象 ， 是替 代 普 通 电 压互 感 器 的 理 想 产 品 ， 也是 电 网智 能化 的一 个重 要技 术基础 。 参 考 文 献 ： 1 翁利 民， 陈灵欣 ， 靳剑峰配 电网电压互感器铁磁谐振 的特 点与 抑 制 r J 继 审 器 ， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 2 0 ) ： 4 0 4 2 2 郑鹏鹏配电网综 合消谐 措施的探讨 J 电力设备 ， 2 0 0 5 ， 6 ( 3 )： 5 3 - 5 5 3 高伟 ， 陈连贵 ， 赵军 良E J 配 电 网电磁 式 电压互感器谐 振过电压抑制方法综述科技综述 ， 2 0 0 8 ， 3 6 ( i 0 ) ： 3 2 3 5 E 4 徐勇 ， 刘炳尧电压互感 器伏安 特性对 电网铁磁 谐振 的 影响 J 湖南大学学报 ， 1 9 9 8 ， 2 5 ( 3 ) ：i 0 i - 1 0 4 5 李开成 ， 叶妙 元， 陈乔夫从电磁式 电压互感 器到光学式光 纤电压互感 器E J 变压器 ， 1 9 9 5 ， ( 1 1 ) ： 6 - 8 收稿 日期 ： 2 0 0 9 1 l 一 1 3 作 者 简 介 ： 唐 海 燕 ( 1 9 7 6 一 ) ， 女 ， 本 科 ， 主要 从 事 输 变 电施 工 工 作 。 ( 责 任 编 辑 ： 吕 斌 ) 上 海 电力 2 0 1 0 年第1 期 至产生 重合 闸 弹振 。如 果 超 程太 大 ， 会 增 加操 作 机构 的合 闸功 ， 使合 闸变 得极不 可靠 ， 甚 至 导致真 空灭弧 室漏气 。因此 真空 断路器 的超程 通 常取额 定开距 的 1 5 4 O 左 右 ， 例 如 1 2 k V 真 空 断路 器 的超 程一般取 3 4 mm。 4 额定触头工作压力 真 空断路器 额定 触头 工作压 力等 于真空灭 弧 室的 自闭力与合 闸弹簧力之 和 。真空断路 器触 头 工 作压力 的合适 选择 能使 真空灭 弧室 的触头接 触 电阻保 持在规定 的范 围 内， 在 一定 的触 头压 力 范 围内 ， 压力 越大 接触 电阻越 小 ， 较 小 的接触 电阻能 减 少开关 在长期 运 行 情 况下 的发 热 ， 保 证 开关 的 安全 运行 。同时足够 的触头 工作 压力能满 足动稳 定试 验 的要求 ， 承受较 大 的电动力 ， 还能抑 制合 闸 弹跳 ， 减小 分 闸反 弹 。 由于 真空 断 路器 在 关 合 短 路 电流 时 ， 触头 在 预击 穿 后 要产 生 电弧 和 电动斥 力 ， 触 头产 生弹跳 ， 机 构合 闸速度 也最慢 ， 所 以 ， 关 合短 路 电流是考 核触 头工作 压力是 否满 足要求 的 最苛 刻 的条件 。 如果触 头 的工 作压 力 太 小 ， 将增 长 触 头 合 闸 时 的弹 跳 时 间 ， 同时 ， 造 成一 次 回路 的 电 阻增 大 ， 直接 影响 真空断 路器 的长期 工作 温升 。如果触 头 的工 作压 力太 大 ， 由于真 空 灭 弧室 的 自闭力 是 一 个恒定 值 ， 则工作 压力增 大 ， 从 而增 加触头 的弹簧 力 ， 造 成操 作机 构 的合 闸功增 加 ， 增 大对 真空灭 弧 室 的冲击 和振 动 ， 长期 以往 会使 真 空灭 弧室 发 生 漏气 。真 空断路 器 的触 头工 作压 力根据额 定短 路 开 断 电流大小得 出经 验数据 见表 1 。 表 l 真 空断 路 器 触 头 工 程 压 力 和 额 定 短 路 开 断 电 流 经验 数 值 额定短路开断电流 k A 额定触头工作压力 N 1 2 5 5 0 0 1 6 7 0 O 2 O 9 0 0 1 2 0 0 31 5 i 40 0 1 8 0 0 4 O 2 3 0 0 2 5 0 0 5 分 闸速度和合 闸速度 分 闸速度通 常是指 触头 分开 运动时 的平均 分 闸速 度 。 由于分 闸速 度直接 影响 电流过零 后触 头 间介 质强度 恢复 的速度 ， 如果 电弧熄 灭后 ， 触头 间 绝缘 介质 强度恢 复 速 度小 于 瞬 态恢 复 电压 ， 将造 成 电弧重燃 。 一 72一 为 了防止 电弧重燃 ， 以及 缩短燃 弧时 间 ， 真空 断路 器必 须有 足够快 的分 闸速度 。分 闸速度 的大 小 主要取决 于额 定 电压 ， 当额 定 电压 和触 头 开距 一 定 时 ， 分 闸速 度 的波 动 范 围取 决 于 开断 电流 的 大小 以及 负载 的 性质 。开 断 电流较 大 时 ， 分 闸速 度也 应 较 大 ， 开 断 电 容 电 流 时 ， 由于恢 复 电压 较 高 ， 为 了减小 重燃 的几率 ， 分 闸速度也 应较 大 。但 是分 闸速度并 不 是越大 越好 ， 当分 闸速度过 大时 ， 操作 过程 中的振 动 ( 弹跳 和 弹振 ) 也 越 严重 ， 对 真 空灭 弧室波 纹管 的冲击 也 就 越严 重 ， 甚 至 会提 前 损坏 波纹管 导 致 灭 弧室 漏 气 。同 时 ， 整 机 的振 动 也越 大 ， 易造 成整 机零部 件 的损 坏 。因此 ， 必 须根 据真 空 断 路 器 的 工 作 任 务 作 出适 当 的选 择 。1 2 k V 真 空断路 器 分 闸 速 度 通 常取 值 为 0 8 1 2 m s ， 必要 时还可 以提 高到 1 5 m s 。实 际在短路 开断过 程 中 ， 对 开断 能力 影 响 最 大 的是 初 始分 闸 速度 ， 即刚分 速度 。因此 ， 一些 大容量 的真 空断路 器 以及 4 0 5 k V 电压 等级 的真空 断路 器 ， 通 常测 量并 考核 刚分 速 度 或 者触 头 刚分 点 后 2 6 mm 参考 行程 内的速度 来判 定真空 断路器 的分 闸速度 特性 。 I 雕 时 间 ms 嘉 霎 图 I 真 空 断 路 器 分 l嗣行 程 曲 线 真空 断路器 分 闸行 程 曲线 如 图 1 所示 。速度 点 A 至速度 点 C之 间触 头 运动 的行 程 即 为平 均 分 闸速度 ， 速度 点 A 处 的 速度 即为 刚分 速 度 ， 速 度点 A 至速度 点 B之 间 触 头运 动 的 行 程 即为 刚 分点 后 2 mm 参 考行 程速度 。 合闸速度通常是指触头闭合运动时的平均合 闸速 度 。由于真 空灭弧 室在额 定开距 时 的绝 缘能 力比较高 ， 因而真空断路器的合闸速度要 比分 闸 速度相 应 低 些 。但 为 了 提 高 短 路 电流 关 合 的能 力 ， 真 空断路 器也必 须具 备一定 的合 闸速度 ， 以减 小触头在短路关合过程中由于预击穿造成的电磨 2 0 1 0 年第1 期 上 海 电力 损 ， 避免 产生 触头熔 焊 。但是 ， 过高 的合 闸速 度会 增 加操作 机构 的合 闸 功 ， 导致 合 闸 弹 跳 而且 使 真 空 断路器 每 次合 闸操 作 时 受 到 的合 闸 冲 击 力 增 大 ， 降低真空灭弧室的使用 寿命 。1 2 k V真空开 关 的合 闸速度 通常 取 0 4 0 7 m s ， 根据 工作 任 务 的不 同 ， 必要 时可 取 0 8 1 2 m s 。实 际在 短 路关 合过 程 中 ， 只 有 在触 头 预 击 穿 发生 时 即触 头 刚合 点 的速度 是最 重 要 的 ， 因此 一些 大 容 量 的 真 空 断路器 通常测 量并 考核 刚合速 度或 者触 头刚合 点前 2 6 mm 参 考 行 程 内 的速 度 来 判定 真 空 开 关 的合 闸速 度特性 。 潞 圈 母 U 1 020jU4 0 U0 07 0 l 儿U J 圳 l j ul q u J l 叫 l ， J l _删 时问 ms 图 2真 空 断 路 器 合 闸 行程 曲线 真 空断路 器合 闸行 程 曲线如 图 2所 示 。速度 点 A至速 度点 C 之 间触 头 运 动 的行 程 即为 平 均 合 闸速度 ， 速 度 点 A 处 的 速度 即为 刚合 速 度 ， 速 度 点 A至速 度 点 B之 间触 头 运 动 的行 程 即为 刚 合点 前 2 mm 参考行 程 速度 。 般 对 于 1 2 k V 真 空 断 路 器 灭 弧 室 选 用 铜铬 合 金 触 头 的情况 ， 合 闸弹 跳 时 间 以不 超 过 3 ms为宜 ， 极 端情 况可 控制 在 5 ms 之 内 。 7 分 闸反弹 分 闸反 弹是指 真空 断路 器在 分 闸过程 中机构 产 生 的一 个分 闸弹 跳 值 ， 一般 称 这 个 值 叫分 闸反 弹 幅值 。一般 真空 断路 器都 会在机 构上 设计 安装 分 闸缓 冲器 ， 以吸 收过大 的分 闸力 ， 减小 分 闸反 弹 幅值 。如 果分 闸 反 弹 幅值 过 大 ， 在 短 路 电流 开 断 的情 况下 会减 少 真空 灭 弧 室 有 效 绝缘 断 口距 离 ， 导致 灭弧 室在 电弧熄 灭 瞬间绝 缘强度 减小 造成 触 头重燃 ， 造 成 开 断试 验 失 败 。在 电力 部 行 业 标 准 DL T 6 1 5 1 9 9 7中对 1 2 k V 真 空断路 器分 闸反 弹 的要求 是 ： 分 闸无 反 弹为 好 或 者 分 闸反 弹 幅 值越 小 越好 。一 般 对 于 1 2 k V 真 空 断 路 器 分 闸反 弹 幅值 以不 超 过 2 mm 为宜 。 真空 断路 器 的合 、 分 闸不 同期 性 表示 三 极 不 同时闭合 或分 离 的程度 ， 单位 是 ms 。过大 的合 闸 不 同期会 造成 末合 相合 闸预 击 穿 时 间 的增 加 ， 从 而导 致触 头更容 易 发生熔 焊 。过大 的分 闸不 同期 会造 成首 开相燃 弧 时 间过 长 ， 增 加 断路 器 开 断 时 触头 的负 担 。在 国 标 GB 1 9 8 4 2 0 0 3中对 真 空 断 路 器极 问不 同期 性 的要 求是 ： 合 闸 时不 应 超 过额 定 频率 的 四分之 一 周 波 ， 分 闸 时不 应 超 过 额定 频 率 的六 分 之 一 周 波 。一 般 对 于 1 2 k V 真 空 断 路 器合 闸不 同期 控制 在 3 ms以下 ， 分 闸不 同期 控制 在 2 ms以 下 。 6 弹跳时 间8 结语 弹跳 时间是 指 触头 合 闸时 的 衰减 振 动 时 间 。 合 闸弹跳时 间越小 说 明真空 断路器 整机 装配 性能 越 好 ， 而合