分接开关压力释放装置的选用与验证.doc

分接开关压力释放装置的选用与验证张 德 明（华明电力设备制造有限公司 上海 200333）摘要：阐明分接开关油室压力释放装置结构原理和保护性能，介绍压力释放装置选用原则和压力释放装置压力释放试验的验证，并指出压力释放装置的配置注意事项。关键词：分接开关，触头变换程序，示波检测根据IEC60214-1(2003)、GB10230.1-2007第5.125.14款的规定，油浸式有载分接开关的切换开关(或选择开关)油室必须带有独立的油流控制继电器系统和压力释放装置的安全保护装置。本文着重介绍压力释放装置结构原理、保护功能，压力释放装置的选用与验证。1. 压力释放装置结构原理和保护功能分接开关切换机构油室虽有油流控制继电器的安全保护装置，可以防止事故扩大。但带有大量能量释放的故障瞬间可能产生强压力波(P/t)，压力峰值异常高。这种压力波可以导致切换开关和选择开关油室损坏。为了防止这种损坏，通常将压力释放装置安装在有载分接开关的切换油室上。压力释放装置经常是单独使用或与油流控制继电器并列使用。 过压释放装置方式有各种各样，主要有爆破盖、爆破膜和压力释放阀等。 爆破盖爆破盖是过压释放装置中最为简便的一种。它是人为在油室头部盖上制造一个薄弱环节。一旦油室压力急骤增加超过整定值时，顶破爆破盖，在切换油室盖上留下足够大的孔，迅速释放油室内过压，即压力急剧跌落，从而起着避免油室被破坏的作用。 图1 爆破盖(背视图)这种爆破盖的最大优点是可根据爆破盖的爆破形状判断故障的大小，是高能故障或是低能故障呢？缺点是爆破盖一次性使用。故障排除了，必须更换一个新的爆破盖。 爆破盖可以是独立一个零件，然后固定在分接开关头盖上。采用这种结构方式，通用性强，适用于不同型号的分接开关油室的安全保护。其爆破压力值可以整定在较低值，一般为(320%)105Pa。 爆破盖也可以与有载分接开关头盖铸为一体，然后加工薄弱环节，见图1所示。这种爆破盖损坏后必须更换整个头盖。所以，爆破盖整定释放压力较独立爆破盖高，一般为 (45) 105Pa。 爆破膜有的分接开关油室顶部采用爆破膜来作为过压释放。它的主体包括一个隔膜、破裂刀和一个微动开关，见图2所示。当油室压力异常、并超过 规定值时，油压顶起破裂刀，刺破隔膜释放压力。与此同时，破裂刀动作 图2 爆破膜(背视图)带动微动开关动作，使变压器从网路中切除，防止事故进一步扩大。 压力释放阀 压力释放阀是机械式泄压装置，最初是安装在变压器油箱上作为安全保护。它是在变压器发生短路而油箱压力增长时，为防止油箱破裂而采取的降压措施。压力释放阀是一种自动密封释放阀，具有快速开启性能、自动复位功能和带有自动发信功能。当动作时顶起阀盖打开，过压力立即被泄放。压力释放后,它重新闭合,可重复使用，并将动作时刻的液体(油)流失降至最小。由于变压器本体油的容积大，油箱、散热器和油枕的膨胀缓冲作用，压力梯度上升不高。因而释放低压力的故障能量是尤其合适的。 压力释放阀的开启压力、关闭压力、开启时间及释放口径为其主要的特性。这些参数决定了压力释放阀的动态特性，并提供正确选用的依据。压力释放阀被移植作为分接开关油室的替代爆破盖的安全保护时，它被安装在分接开关油室的头盖上，如图3所示。压力释放阀由信号针显示阀盖的反应是否进行，必要时可提供信号接点。为了减少阀盖动作的阻档力，压力释放阀动作压力整定比较低，一般为0.85 105Pa，动作时间约为20ms。 2. 压力释放装置的选用 图3 压力释放阀分接开关油室大致采用下述三种的安全保护方式：1) 爆破盖与油流控制继电器两者配合使用；2) 压力释放阀与油流控制继电器两者配合使用；3) 压力释放阀、爆破盖与油流控制继电器三者配合使用；爆破盖与油流控制继电器两者配合使用分接开关油室最常用的传统安全保护方式。随着压力释放阀的被移植作为分接开关油室泄压装置，这就需要考虑对其选用和动作特性配合的问题。采用压力释放阀作为分接开关油室唯一的泄压装置时，它就起着高能与低能故障时综合释压保护，其释放压力整定值一般取得较高。采用爆破盖和压力释放阀双重组合保护时，把压力释放阀作为油室的低能故障泄压保护，爆破盖则作为高能故障泄压保护，压力释放阀的释压的整定值可以适当取低些，但它的释放压力最低整定值必须高于分接开关油室正常变换操作的工作压力30kPa，否则分接开关每正常切换动作时，压力释放装置就会产生误动作与误发信。 压力释放阀整定释放压力的选取对于压力释放阀整定释放压力遵循下述的原则选取： 从油流控制继电器、压力释放阀、爆破盖三者保护特性的配合关系中选取根据图4三者动作特性配合关系中可知，表示能量与压力上升关系的直线和表示保护装置反应特性的曲线交点(AH)就是保护装置本身的跳闸动作点。各种保护装置动作特性的配合取决于P/t上升速度的大小。当P/t值低（5103Pa/s的低能释放）时，仅油流控制继电器动作(如B点)，事故继续扩大时，压力释放阀动作(如D点)，最后爆破盖爆破(如E点)释放过压力。三者安全保护装置动作顺序为油流控制继电器压力释放阀爆破盖。当P/t值高(105Pa/s的高能释放)时，则压力释放阀动作(如F点)，紧接着爆破盖爆破释放 图4 各种保护装置动作特性的配合过压力(如G点)，最后油流控制继电器动作(如H点)， a - 油流控制继电器， b 爆破盖将变压器从网路上切除，防止事故进一步扩大。 c 压力释放阀或压力继电器 对于上述介绍的第2)种和第3)种的安全保护方式，压力释放阀整定压力释放值P0按下述经验公式选取： P0 = KP1 式中K为选用系数，对于第2)种压力释放阀与油流控制继电器两者配合使用的方式，K取4为宜。对于第3)种 压力释放阀、爆破盖与油流控制继电器三者配合使用的方式，K取2.5为宜；P1为所匹配油流控制继电器档板动作压力值。压力释放阀整定压力释放值P0不宜选取过低，或与油流控制继电器的动作压力P1太接近，两者之间动作特性配合易混淆，或造成压力释放阀的误动作；同时，压力释放阀整定压力释放值P0不宜选取过高，因有爆破盖压力释放保护，就没有这种的必要。因此，压力释放阀的整定压力释放值应按表5正确选用。 表1 压力释放阀整定压力释放值的选取油流控制继电器整定油流速度 (m/s)继电器档板动作压力/Pa (分接开头油枕高度1.5m)压力释放阀整定压力释放值/kPa替代爆破盖单独使用与爆破盖并列使用动作静压值动作动压值计算值选用值计算值选用值整定油速1.010% 31.2 34.2(K=4) 136.8 138(K=2.5) 85.5 85整定油速1.210% 43.2 39.7(K=3.5)138.95 138(K=2.1) 83.37 85注：1) 压力释放阀整定压力释放值按继电器档板动作动压值乘以K系数选用，对于压力释放阀单独使用时，取K34；对于压力释放阀与爆破盖并列使用时，取K22.5。继电器整定油速低，选上限，则反之。2) 根椐压力释放阀计算的压力动作值，从标准系列压力释放阀中选取整定压力释放值。 与国外同类分接开关的配置相比较从表1可知，采用压力释放阀作为油室单一的压力释放装置时，释放压力整定值P0取138kPa为宜。采用爆破盖和压力释放阀并列保护时，压力释放阀释放压力整定值P0可取为85kPa。这种取值与国外同类分接开关的配置是基本一致的。MR公司早期分接开关压力释放阀选用整定释放压力P0为85kPa，近期P0提高至138kPa。带有信号接点的压力释放阀除释放油室过压力功能外，其它的安全保护功能类似于过压力继电器。MR公司生产DW2000过压力保护继电器，它可用作分接开关油室单独保护，或用作油流控制继电器的补充，整定响应力90 kPa，响应时间小于10ms；ABB公司分接开关采用压力继电器作为油室单一安全保护，其整定反应压力125200kPa。 选取整定压力释放标准规格的压力释放阀按压力释放阀压力释放计算值，从标准系列的压力释放阀中选取整定压力释放标准规格。 爆破盖整定释放压力的选取分接开关油室发生故障期间，油室内处于过压状态。此时，油室必须有足够机械强度，以承受过压而不被破坏，防止事故的扩大。因此室的机械强度要求往往取决于压力释放装置的动作整定值。 1) 油室仅带爆破盖的过压释放时，爆破盖整定爆破压力值选取为 P = Pm/n式中Pm油室的破坏压力值。分接开关油室中机械强度的主要薄弱环节是绝缘筒。绝缘筒的破坏主要取决于所承受的压力及其压力上升梯度Pt。根据有关资料介绍，46010酚醛层压纸筒和环氧玻璃缠绕丝筒的破坏静压力分别为106Pa和1.5106Pa。n油室机械强度的安全裕度系数，对于独立一个零件的爆破盖，n取5为宜；对于整盖加工薄弱环节而成的燥破盖，n取3为宜。2) 油室带爆破盖和压力释放阀并列过压释放时，爆破盖整定爆破压力值选取为 P Pm/n与 P KP0联立求取式中，P0压力释放阀整定压力释放值 K系数，选取K=34，一般取平均值Kcp =3.5。 Pm、n含义与1)的含义相同综上所述，对于独立一个零件的爆破盖，整定爆破压力值取300kPa20%为宜；对于整盖加工薄弱环节而成的燥破盖，整定爆破压力值取400500kPa20%为宜。3. 压力释放阀整定释放压力的验证分接开关顶盖上装有开启压力为85 kpa的带信号接点压力释放阀，头部法兰弯管R上装有一个油流控制继电器，在油流控制继电器入口处设置NS-YB0.5型压力传感器，在油流控制继电器出口处上部约高1,5.m处连接一个装有呼吸器的油枕(可调节高度，见图5)。此时分接开关油室内部初始压力值为P =gh = 0.889.811.5=13 kpa。分接开关在下述两种状况可调节 油枕高度下模拟切换试验下进行负载切换试验： 油枕呼吸器封闭时压力释放阀开启压力试验 负载为满载电流三相600A、级电压2500V状况下，进行切换试验的验证压力释放阀动作状况； 在油室密封环境下，切换开关每切换一次，通过压力传感器测得压力上升状况，见图6所示； 图5 可调节油枕高度下模拟切换试验 压力释放阀瞬间开启压力测量值为78 kPa；压力释放阀动作后油室一直保持68 kPa，证实它自闭无渗漏； 在试验期间，油流为1m/s的油流控制继电器无动作，检查分接开关动作正常。 压强(kPa) 时间(min)图6. 油枕呼吸器堵塞下85kpa压力释放阀压力递增曲线 油枕呼吸器正常呼吸时压力释放阀的验证试验 负载为满载电流三相600A，级电压2500V的情况下进行切换试验； 在油室密封的环境下，分接开关切换60次，压力传感器测得切换瞬间最大压力为22kpa，切换停止时，压力跌回到17.9kpa，见图7所示； 在整个试验期间，85kpa压力释放阀无动作，油流控制继电器无动作，检查分接开关动作正常。压强(kPa) 时间(min)图7 油枕正常呼吸下压力传感器测试波形图4. 分接开关油室安全保护装置的配置现状对于分接开关油室配置安全保护装置的问题，尤其在压力释放阀设置上应有正确的认识。压力释放阀最初是安装在变压器油箱上作为安全保护。它是一种自动密封释放阀。当动作时顶起阀盖打开，过压力立即被放掉。压力释放后,它重新闭合,可重复使用，并将动作时刻的液体(油)流失降至最小。由于变压器本体油的容积大，油箱、散热器和油枕的膨胀缓冲作用，压力梯度上升不高。因而释放低压力的故障能量是尤其合适的。 但它被移植作为分接开关油室的替代爆破盖的安全保护时，由于油室的油容积小，绝缘筒不会膨胀，且故障大多是急性事故，故障能量使压力梯度(P/t)急骤上升，而此时压力释放阀顶起阀盖的距离又不大，压力释放阀开启时排放量不是很大，往往来不及释放故障能量，造成分接开关油室内部的过压力，引起油室破裂(如筒底损坏脱落)，分接开关油室内的污油进入变压器油箱，增加了处理变压器器身内部的工作量，造成事故的进一步扩大。与此同时，压力释放阀在巨大冲击力作用下发生变形，不能再次重复使用，否则会引起分接开关油室的渗漏油。有载分接开关的压力释放装置通常以爆破盖(膜)为主。目前使用的爆破盖的制作方法是沿爆破盖圆周处设置沟槽以作为薄弱环节。当压力超过爆破整定值时，爆破盖沿沟槽处被切断，在油室头部留下一个足够大的洞，迅速释放过压力，避免事故进一步扩大。这种爆破膜（盖）最大优点是可根据爆破膜（盖）的爆破形状判断故障的大小；缺点是爆破膜（盖）是一次性使用。当故障排除了，必须更换一个新的爆破膜（盖）。而且爆破盖将会在分接开关内部压力作用下飞离分接开关顶部，给运行人员和设备安全造成威胁。通过用户的走访，相关的供电部门对分接开关设置压力释放阀安全保护曾有过认识的误区，早期也极力主张采用，但随着事故扩大的教训，现大都进行整改。例如，上海电力公司就高压和超高压大容量分接开关就反对单独设置压力释放阀保护，仍采用传统的油流控制继电器和爆破盖的安全保护。带有信号压力释放阀除释放油室过压力功能外，其它安全保护功能类似于压力继电器。因此，可以把带信号接点的压力释放阀视为油流控制继电器的补充。换句话来说，分接开关油室有了油流控制继电器和爆破盖的压力释放两种保护后，压力释放阀可以不必安装。5. 结 语通过分接开关压力释放装置选用的与试验的验证，可以得到下述的启示： 压力释放阀在变压器本体尤其适合使用，但在分接开关油室的保护应持慎重的态度； 有载分接开关油室的压力释放装置应以爆破盖(膜)为主。 单独采用压力释放阀来释放分接开关油室的突发压力并不是最合适的。若确实需要采用时，建议与爆破盖并列使用；配置项目每切换一次产生变化1.0m/s油流控制继电器85kPa压力 释 放 阀