直流快速断路器故障和熄弧的关系

1、.直流快速断路器故障和熄弧的关系%f一;直流快速断路器故障和熄弧的关系(113008)抚顺矿务局供电部型堕/,7摘要结台运行实际叙述了故障发生的理象,短路电流与时间的非线性关系灭弧摩结构对熄弧的作用,提出宫式弧室是熄弧的发展方向.叙词:直流快遮断路器故障,l灭弧,一一,概述通过多年的实际运行经验来看.断路器分断短路电流所产生的电弧是烧损触头,灭弧室及其它部件的主要原因.因此,断路器的主要技术性能也就突出地表现在熄弧能力的好坏.我们单位的南大街牵引变电所的直流配电线3,7号,原装设DS弘.30/15型直流快速断路器,担负露天煤矿电机车牵BI供电.由于担负的区间大,过载和短路的机遇多,对常烧掼快速

2、断路器和问隔铁构等.为了解决这个问题,我们于1987年5爿14日引进了上海电器科学研究所和上海立新电器厂研制的DS14-63/15型直流快速断路器,经过半年的试运行和以后的正式运行考验,运行状况大有好转.为了从中找出一点有益的东西,我们对DS7-30/15和Dsl4_63/t5型两种直流快速断路器熄弧方面的情况谈一下见解.为避免本文篇幅过长,对某些技术参数的计算本文不作叙述,直接I用计算结果.二,直流短路电流值过渡状态计算.I.短路电流稳态值计算现1陧设三个不同短路点进行计算.(t)距离变电所lkm短路时.=8421A式中U直流额定负载电压低压电龉【19932)R一整流机蛆,母线,配电线路一电

3、阻的总和,计算结果为0.19Q(2)距离变电所0.m短路时=主16000A式中0计算结果为0.1Q(3)配电线出IZI短路时,=:121396Adk丽丽式中Rt一整流机组母线排电诅总和,计算结果为00.13182.短路电流过渡过程计算由于整l流机组,母线排和配电线路中总有电感L存在当发生短路时电流的变化率很大,将产生一个与电源电动势相反的感一应电动势,阻止短路电流的突变因此,短路电流不能立即这到稳态值但随着时问的延续,短路电流很快由暂态向稳态过渡,达到很大的稳态值.短路电流的过渡变化值由下式计算:U.,.=(卜)式中u直流额定负载电压R_电阻,包括整流机组,母线排及配电线路的电阻总和L一电感,

4、包括整流机组,母线排及配电线路的电感总和/-时问,S按表1中的技术数据代人上式进行计算,得Hj与,韵曲线网(网I).3裹1.技术数据计算结果数据lkm0.5kin配电线出口v)1600l600l600R(0.19000Ol(3OOO0Ol3lBIa)00030000.0023500.001625f(s)000l0.100000l0l000.00l0.100图1与r关系曲线1.距离变电所lkm处短路2.距离变电所0.5km处短路3配电线出口垃短路三,快速断路器分断速度与过渡电流的配合关系的大小取决于断路器分断速度的快慢.速度越快分断的短路电流越小.1.快速断路器分断短路电流的全部时间组成快速断路

5、器分断短路电流的全部时间分为三个阶段,即:fl-Ef2+f3式中f从短路开始达到断路器分断整定值(3000A)所需时间,与断路器性能无关,与短路距离及电流变化率有关,它是一个变量一断路器本身固有分断时间即从达到分断整定值到弧触头刚分开的时间,与断路器结构有关b肽触头刚分开到电弧完全熄灭的时间,与断路器熄弧能力有关王快速断路器的分断时问和电流的关系由于短路地点不同,分断的时间和电流也不同,根据T=fl+2+t3,把查找对应结由图l可见,快速断路器分断短路电流果列入表2表2分断电流与时间关系表lkm短路时o3km斌路时配电线出口短路时型号项目t)t2fIl3t1f2f3数值0.0070.0050.

6、03O00420.005000500300.0400.003O.005O0300038DS7数值查产查l产查产查产查产查产30/l5来潦查图l品说品说查图1品说品说查围1品说品说明书明书明书明书明书明书分断按T=0042s查图r按T:0040s盔图1按=0.038s查图I电流I=7800A5l3120A女33000A数值0.00700l000300.0470.00500100.0300045.ooa0.0100.030O.043DSl4查圈1分析查产分析在产查产品说查图1品说查图1分析品说6315估计估计估计明书明书明书分断按T=0.047s查图l按T=0.045s查图1按T:0038s查图1

7、电流如=8000A513600Ald35700A注:DS14为机械传动分甑,啦DS7型电磁分断要慢,舟析|占计诹t!=0.1)ls一4一低压电粼19933_2)由表2中的快速断路器分断时间与电流的对应关系可见,DS7-30/15型断路器在同样的短路地点,而分断时间和电流都比DS14-63/15型断路器小,那为什么DS7-30/15型比DS14-63/15型容易烧损呢?主要原因在于DSt4-63/15型灭孤室的熄弧能力高于DS7-30/l5型灭弧室的熄弧能力.四,在灭弧室内实现熄弧是防止烧损断路器的关键所在直流快速断路器的熄弧,基本上立足于通过触头处的吹弧电磁铁把电弧吹入灭弧室内,再由灭弧室内的

8、电磁铁把电弧拉长冷却.减轻热游离把电弧熄灭.在这方面DS14-63/15型比DS7-30/15型直流快速断路器要强得多I.断路器灭弧室内能拉开的弧长(1)DS7-30/15型快速断路器圉2DS7-30/15型直流快速断路器灭孤室1.畋弧线圈26,l0.弧角3.5,9电弧4.灭甄室7.动触头8.静触头11.拉弧线圈滚快速断路器灭弧室是采用纵向宽缝式拉弧结构(图2).据有关资料介绍,灭弧室的尺寸以能限制电弧的分布范围而定.由予短路分断是一种非正常操作的分斯,为了缩小灭弧室尺寸,允许分断电弧喷到灭弧室外100N150ram熄灭;但额定分断是一种正常操作的分断,一般将电孤限制在灭弧室内熄灭.根据图2给

9、出的结构尺寸,可计算出灭弧室内能拉开的弧长为=27+26x2=136.8cm-(2)DSt4-63/15型快速断路器圉3Ds14-63/15型直流快速断路器灭弧室ls进出线板2主动触头3.弧动触头4.主静触头6.8弧角7.吹孤磁铁9.灭弧室图4DS14-63/t5型直流快速断路器灭弧片图5DS14-63/15型直流快速断路器灭弧室结构及电弧拉长逾径I.灭弧室2.电弧拉长遗径3.弧角4灭弧金属栅片5.灭弧片石棉缀罩DS14-63/15型快速断路器灭弧室是采用迷宫式拉弧结构(图3,4,5),使电弧形成曲折形增加拉弧长度.根据图3,4,5中灭弧室结构尺寸,【f计算出灭弧室内能拉开的电弧长度为:S=(

10、3.52+2)x36:324cm.断路器在额定或短路电流分断时的电弧长不同电流分断时,电弧长度可根据下面经验公式估算:S:K【jI,.3式中系数,=7x10,gm一和分断电流对应的电压,VJ一分断电流,A把不同短路距离韵分断电流,电压及固定系数代人该式运算,得出的结果列人表3lkm处05km处配电线出u型号数据额定分断短路短路处短路7x10710-37x107xl0数据取值州15781542i5O3lJ56DS7A1300078o0.I3120.3300o30/15拉弧K(cna)l59.32I4.0248.I3045室内拉弧K(cm)1368136.8136.8l368超出室外弧长(cm)2

11、25772l【13l677710710,71O7x107数据取值,U,n1578l54ll449l336DS14A130008Oo0l3600357O063/l5拉孤K(cna)1593215.725053079室内拉孤长(cm)324324324324超出室外弧托(cna)一l647一lO83-73.5一l613.快速断路器故障原因分析从直流快速断路器实际运行发生的故障损坏情况来看,绝大多数烧损伴有变电所直流接地棵护装置动作,多处有电弧烧损痕迹,证明是电弧接地造成的.其基本原因是灭弧室内拉弧长度不够,喷到灭弧室外电弧过长而致,现作一概要分析.(1j对DS7-30/15型快速断路器的故障分析参

12、照表3分述如下:分断颠定电流时分断额定电流3000A日扣拉弧长为159.3em,超出灭弧室外的弧长为225em,构不成电弧接地,能正常分断运行.分断lkm距离短路电流时分断短路电流为7800A,拉弧长为一6214cm,超dj灭弧室外弧K为77.2crn.此时弧长已接近问隔与灭弧室的距离,有可能造成电弧接地.一旦电弧接地,就等于lkm短路转移到配电线出口短路,电阻,电感减小,短路电流增大,由圜l可见分断电流由7800A增到33000A,将造成整流器4台主快速断路器越级分断(4台主快速断路器额定分断电流是3000A/台X4台一12000A),在电弧持续时间上叉延续了7一tz+t3=0.o05+o.

13、030=0.035s的分断时间.此时变电所装设的直流接地保护装置也要发生接地动作和切断上级惭路器,但由于受电流继电器固有动作时间002s,中间继电器固有动作时间0.04s,加在一起0.06s的限制,慢于整流器主快速断路器动作低压屯器(J螂撇)0.035s,所以越级分断是实际的,而直流接地保护装置动作是电孤接地的表征.当发生电弧接地以后.电弧与地直接连线,电流不再与灭弧室内的拉弧线圈(图2之1)构成回路,电弧将失去电磁力的控制,无方向地漫延.此时的电弧电流量增大,持续的时间延长,温度极高(60007000C),造成断路器机架绝缘瓷瓶,触头,灭弧室板,二次控制回路间隔铁构和网门等部位的烧损.所以短

14、路距离在lkm左右是比较危险的(虱分断0.5kin距离短路电流时由表2可见此时的分断电流为I3120A,既达到了该断路器的分断值,又达到了整流器主快速断路器l的分断值(12000A),将直接造成越级分断此时的分断电弧氏为248.1cm,赳出灭弧室外的弧长为ll】.3cm(表3),肯定造成电弧接地,此时最危险.分断配电线出口短路电流时此种情况是极不易发生的,因出口处通过绝缘套管,固定牢靠,不存在发生短路的条件.只有其它处短路造成断路器分断电弧接地,才能转移成此种短路.(2)对DS14-63/15型快速断路器的分析由于DS14-63/15型快速断路器的灭弧室采用了36片灭孤片(图4)形成迷宫式拉弧

15、结构,把电弧拉成曲折形(图5),加大了拉弧长度.灭孤室内能拉开电弧长324cm,超过了各点短路电流分断拉弧长度j(表3).所以电弧能在灭弧室内分断,不存在电弧嚷到灭弧室外造成电弧接地的故障,故不易引起快速断路器的烧损五,结论1.迷宫式灭弧室是发展方向DS14-63/15型快速断路器之所以比DS7-30/F5型快速断路器抗敌障能力强,主要在于它的灭弧室内拉弧长度大,能防止各点短路时电弧在灭弧室外的飞溅,避免电弧接地的烧损,所以说迷宫式结构灭弧室是今后发展方向.2.灭弧室内的温度低DS14-63/15型快速断路器,在触头设计结构上采用了主触头和弧触头分开的结构(图3之2,34).在合闸时弧触头先接触,主触头后接触;在分闸时主触头先断开,弧触头后断开,因此主触头在合,分时不产生电弧烧损,始终保持良好的接触在送电中绝大多数电流由主触头流通弧触头只流过很小的电谎,发热较小,灭弧室内温度和周围温度差不多,便于电孤的冷却,提高熄弧速度.3.节约电能DS14-63/15型快速断路器采r机械联镇保持,取消了电磁保持电源,每台每天节约直流电能l10V0.5A24h=l320W?h收稿日姗f992年I1月16H二二粤相大电流接触器试制成功IB-12o0型自动碳弧气刨机由中船公司十一所负责研制,是利用自动进路碳棒产生电弧进行金属