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真空斷路器合閘彈跳的危害性及對(duì)策

時(shí)間:2009-04-02 20:08:41來源:hesp

導(dǎo)語:?ZBK97004—89)將合閘彈跳定義為斷路器在合閘時(shí)觸頭剛接觸直至觸頭穩(wěn)定接觸瞬間為止的時(shí)間。所有直讀數(shù)據(jù)的開關(guān)特性測試儀都是按照這個(gè)定義來設(shè)計(jì)制造的。
《 35 kV戶內(nèi)高壓真空斷路器通用技術(shù)條件》(ZBK97004—89)將合閘彈跳定義為斷路器在合閘時(shí)觸頭剛接觸直至觸頭穩(wěn)定接觸瞬間為止的時(shí)間。所有直讀數(shù)據(jù)的開關(guān)特性測試儀都是按照這個(gè)定義來設(shè)計(jì)制造的。影響滅弧室電壽命的是電弧,而電弧只有在動(dòng)靜觸頭不接觸時(shí)才會(huì)產(chǎn)生,在動(dòng)靜觸頭接觸時(shí)不會(huì)產(chǎn)生。大量實(shí)踐及理論分析均表明,真正對(duì)真空開關(guān)的電壽命有影響的因素是:合閘過程中,觸頭剛接觸直至觸頭穩(wěn)定接觸瞬間為止,這期間的觸頭斷開時(shí)間。供電部門在工程安裝時(shí),一般都按《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50150—91)對(duì)設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)收,GB50150—91第11.0.7條規(guī)定:真空斷路器合閘過程中,觸頭接觸后彈跳時(shí)間不應(yīng)大于2 ms,這也與實(shí)際工作有差異。真空斷路器分合電路的工作是由真空滅弧室來完成的,開關(guān)的參數(shù)必須滿足滅弧室的性能要求,如滅弧室要求合閘速度為0.4~1.0 m/s,開關(guān)的速度能夠在0.3~0.7 m/s之間,那么配該型號(hào)滅弧室的真空斷路器其合閘速度必須調(diào)整在0.4~0.7 m/s之間,同樣,如果真空滅弧室合閘彈跳要求不大于5 ms,那么配該型號(hào)滅弧室的斷路器其合閘彈跳的允許范圍也是不大于5 ms。是不是應(yīng)將合閘彈跳一律定為不大于2 ms是值得探討的。技術(shù)不斷地在更新,在發(fā)展 ,標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)不斷地完善,新型觸頭材料抗熔焊性能極好,在發(fā)生熔焊時(shí),熔焊點(diǎn)呈脆性,熔焊層機(jī)械強(qiáng)度小,破壞熔焊所需的力小于真空斷路器的分閘力。目前許多國外同類產(chǎn)品如日本東芝公司10 kV斷路器只要求彈跳小于10 ms,新型觸頭材料的應(yīng)用為合閘彈跳時(shí)間突破2 ms創(chuàng)造了條件。目前許多真空滅弧室規(guī)定的合閘彈跳時(shí)間都大于2 ms,僅要求小于3 ms,甚至5 ms。   合閘彈跳是真空斷路器機(jī)械特性的一種重要參數(shù),由于合閘彈跳過程中,觸頭斷開距離小 ,電弧不會(huì)熄滅,導(dǎo)致觸頭電磨損加重,從而影響滅弧室的電壽命,但由于其存在時(shí)間較短,遠(yuǎn)小于合閘過程中電弧燃燒時(shí)間,所以一般認(rèn)為,在一定范圍內(nèi)的彈跳最主要的危害在于加速了滅弧室觸頭的磨損,從而導(dǎo)致滅弧室電壽命的縮短。在彈跳過程中,電流電弧沒有熄滅,不會(huì)產(chǎn)生操作過電壓,通過型式試驗(yàn)的情況看,斷路器在經(jīng)過老煉后,或者在進(jìn)行開斷試驗(yàn)后,彈跳會(huì)有明顯的改善。大量的運(yùn)行實(shí)踐也表明,真空斷路器在經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行之后,由于切合負(fù)荷電流,其滅弧室觸頭表面金屬結(jié)構(gòu)有了細(xì)微變化,其合閘彈跳時(shí)間顯著減小,甚至消失,真空度、工頻耐壓水平也有所提高。   彈跳對(duì)真空滅弧室電壽命的危害到底有多大?曾有1臺(tái)ZN23-35真空斷路器,是1臺(tái)電容器開關(guān),運(yùn)行時(shí)間約1年,切合電容器524次,因外絕緣被破壞而報(bào)廢。在分析故障原因時(shí)我們打開了滅弧室,發(fā)現(xiàn)滅弧室動(dòng)靜觸頭均光潔如新,只在動(dòng)觸頭接觸面外圍有一約3 mm2的熔融點(diǎn),分析結(jié)果認(rèn)為可能是真空斷路器在開斷故障電流時(shí)所留。查閱此臺(tái)斷路器檔案 ,投運(yùn)前斷路器該相彈跳為3 ms,彈跳波形為振蕩式,測量該波形,得到斷路器在合閘彈跳過程中動(dòng)靜觸頭分開時(shí)間為1.5 ms。由于真空斷路器與油斷路器不同,在合閘狀態(tài)沒有插入行程,而是2個(gè)平面依靠一定的壓力結(jié)合在一起,所以合閘過程中,由于動(dòng)靜觸頭的非彈性碰撞引起彈跳。彈跳值大小與諸多因素有關(guān),如觸頭彈簧的彈力、合閘速度、開距以及真空開關(guān)的觸頭材料等,安裝、調(diào)試質(zhì)量,零部件如鋁支座、滅弧室、軸銷、換向器的加工精度也同樣影響真空斷路器合閘彈跳時(shí)間的長短。為了把斷路器的合閘彈跳時(shí)間減小到規(guī)定范圍內(nèi),通常采取以下措施:   (1) 提高配件的加工精度,使鋁支座與軸、換向器與鋼銷、軸等緊密配合,減小空程間隙。  ?。?) 加強(qiáng)裝配工藝質(zhì)量控制,提高裝配工藝質(zhì)量。在真空斷路器裝配過程中,注意安裝合理,不使真空滅弧室受到額外的力。調(diào)整導(dǎo)向管的位置,使滅弧室動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)軌跡通過滅弧室的軸心,真空滅弧室動(dòng)觸頭活動(dòng)自如,無任何卡澀現(xiàn)象。  ?。?) 適度加大觸頭超程彈簧預(yù)壓力。   通過采取以上措施,可以有效地控制真空斷路器合閘彈跳時(shí)間。   ZN23-35真空斷路器由于觸頭面積大、行程長,合閘速度快、沖量大,尤其是在配CT10型彈簧操作機(jī)構(gòu)時(shí),彈跳大而且不易穩(wěn)定。為了減小彈跳值,在真空斷路器滅弧室靜端如加設(shè)蝶形簧等,能形成合閘緩沖,使合閘彈跳時(shí)間減小,但卻帶來斷路器工作不可靠的問題。在江蘇鹽城供電部門,調(diào)試人員反映某大型開關(guān)廠生產(chǎn)的ZN23-35真空斷路器在安裝前測試彈跳值非常小,三相均只有1 ms,但一連上母排,彈跳就變得非常大,達(dá)10 ms以上,這是因?yàn)椴捎昧遂o支座合閘緩沖的緣故。在安裝前,緩沖效果明顯,所以彈跳較小,但連接上母排以后,靜端被固定,失去了緩沖效果,導(dǎo)致彈跳加劇。一般情況下,進(jìn)行機(jī)械特性試驗(yàn)都拆除了母線,所以這種情況較隱蔽,不易被察覺。在加了合閘緩沖裝置以后,合閘過程中靜觸頭不再是剛性的,靜觸頭隨動(dòng)觸頭運(yùn)行距離加大,滅弧室抖動(dòng)幅度隨之增大 ,這樣極有可能造成滅弧室外殼破裂,而且在開斷故障電流時(shí),故障電流所產(chǎn)生的巨大電動(dòng)力,會(huì)造成滅弧室橫向擺動(dòng),導(dǎo)致滅弧室損壞,從而引發(fā)斷路器爆炸事故??拷档蛿嗦菲鞯目煽啃詠肀WC合閘彈跳參數(shù),延長本已足夠長的真空斷路器的電壽命,是得不償失的。   我國已有20多年的真空斷路器運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),從國內(nèi)真空斷路器運(yùn)行情況來看,由于真空斷路器壽命終結(jié)而發(fā)生故障的并不多見。從運(yùn)行情況來看,國產(chǎn)真空斷路器最大的問題是可靠性差,尤其是機(jī)械故障率高。大量資料表明,國產(chǎn)真空斷路器各項(xiàng)參數(shù)如電壽命等均已達(dá)到甚至超過國外同類產(chǎn)品,唯有可靠性與外觀與國外產(chǎn)品仍有相當(dāng)大的差距。斷路器的高可靠性是國產(chǎn)斷路器必須奮起直追的首要目標(biāo),在斷路器的可靠性問題解決之前,過長的電壽命是一種不必要的浪費(fèi),因而彈跳問題要解決,但首先必須設(shè)法提高國產(chǎn)真空斷路器的可靠性。目前國產(chǎn)的10 kV系列真空斷路器和配電磁機(jī)構(gòu)的35 kV真空斷路器,由于采取了一系列技術(shù)措施,經(jīng)過不斷地完善和發(fā)展,其可靠性極高,各項(xiàng)性能指標(biāo)包括合閘彈跳時(shí)間在內(nèi),都十分穩(wěn)定。配CT10型彈簧操作機(jī)構(gòu)的35 kV真空斷路器,由于操作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的質(zhì)量問題,機(jī)械故障率高,可靠性低,尤其合閘彈跳時(shí)間長,難以調(diào)整,且不穩(wěn)定,是所有斷路器生產(chǎn)廠在生產(chǎn)該型斷路器時(shí)所遇到的共同問題。目前研制的ZN23-35配彈簧操作機(jī)構(gòu)的改進(jìn)型真空斷路器,操作機(jī)構(gòu)與真空斷路器反力特性能很好地匹配,消除了配CT10型彈簧操作機(jī)械的ZN23-35真空斷路器存在的機(jī)構(gòu)振動(dòng)大,彈跳不穩(wěn)定,機(jī)械故障率高等現(xiàn)象,有效提高了真空斷路器的可靠性。

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