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    10KV真空断路器的应用
    作者:   来源:    时间:2015-11-27 00:00:00    字体:[大] [中] [小]

    一:真空的绝缘特性  

        真空具有很强的绝缘特性,在真空断路器中,气体非常稀薄,气体分子的自由行程相对较大,发生相互碰撞的几率很小,因此,碰撞游离不是真空间隙击穿的主要原因,而在高强电场作用下由电极析出的金属质点才是引起绝缘破坏的主要因素。 真空间隙中的绝缘强度不仅与间隙的大小,电场的均匀程度有关,而且受电极材料的性质及表面状况的影响较大。真空间隙在较小的距离间隙( 2—3毫米)情况下,有比高压力空气与SF6气体高的绝缘特性,这就是真空断路器的触头开距一般不大的原因。 电极材料对击穿电压的影响主要表现在材料的机械强度(抗拉强度)和金属材料的熔点上??估慷群腿鄣阍礁?,电极在真空下的绝缘强度越高。 实验表明,真空度越高,气体间隙的击穿电压越高,但在 10-4托以上,就基本保持不变了,所以,要保持真空灭弧室的绝缘强度,  其真空度应不低于 10-4托。 

     二:真空中电弧的形成与熄灭  

        真空电弧和我们以前学习的气体电弧放电现象有很大的差别,气体的游离现象不是产生电弧的主要因素,真空电弧放电是在触头电极蒸发出来的金属蒸汽中形成的。同时,开断电流的大小不同,电弧表现的特点也不同。我们一般把它分为小电流真空电弧和大电流真空电弧。

        1.   小电流真空电弧  

        触头在真空中开断时,产生电流和能量十分集聚的阴极斑点,从阴极斑点上大量地蒸发金属蒸汽,其中的金属原子和带电质点的密度都很高,电弧就在其中燃烧。同时,弧柱内的金属蒸汽和带电质点不断地向外扩散,电极也不断的蒸发新的质点来补充。在电流过零时,电弧的能量减小,电极的温度下降,蒸发作用减少,弧柱内的质点密度降低,最后,在过零时阴极斑消失,电弧熄灭。有时,蒸发作用不能维持弧柱的扩散速度,电弧突然熄灭,发生截流现象。  

        2.大电流真空电弧  

        在触头断开大的电流时,电弧的能量增大,阳极也严重发热,形成很强的集聚型的弧柱。同时,电动力的作用也明显了,因此,对于大电流真空电弧,触头间的磁场分布就对电弧的稳定性和熄弧性能有决定性的影响。如果电流太大,超过了极限开断电流,就会造成开断失败。此时,触头发热严重,电流过零以后仍然蒸发,介质恢复困难,不能断开电流。 

    三:断路器的结构和工作原理  

        真空断路器的生产厂家比较多,型号也较繁杂。按使用条件分为户内( ZNx—**)和户外(ZWx—**)两种类型。主要由框架部分,灭弧室部分(真空泡),和操动机构部分组成。  下面以浙江华仪电器科技股份有限公司生产的 ZW27—12型户外高压真空断路器为例,说明其结构与工作原理。 断路器本体部分由导电回路,绝缘系统,密封件和壳体组成。整体结构为三相共箱式。其中导电回路由进出线导电杆,进出线绝缘支座,导电夹,软连接与真空灭弧室连接而成。 此机构为电动储能,电动分合闸,同时具有手动功能。整个结构由合闸弹簧,储能系统,过流脱扣器,分合闸线圈,手动分合闸系统,辅助开关,储能指示等部件组成。 

        3.工作原理 

        真空断路器利用高真空中电流流过零点时,等离子体迅速扩散而熄灭电弧,完成切断电流目的。  

        4.动作原理 储能过程:

        当储能电机 14接通电源时,电机带动偏心轮转动,通过紧靠在偏心轮上的滚子10带动拐臂9及连板7摆动,推动储能棘爪6摆动,使棘轮11转动,当棘轮11上的销与储能轴套32的板靠住以后,二者一起运动,使挂在储能轴套上32上的合闸弹簧21拉长。储能轴套32由定位销13固定,维持储能状态,同时,储能轴套32上的拐臂推动行程开关5切断储能电机14的电源,并且储能棘爪被抬起,与棘轮可靠脱离。  合闸操作过程:当机构接到合闸信号后(开关处于断开,已储能状态),合闸电磁铁 15的铁心被吸向下运动,拉动定位件13向逆时针方向转动,解除储能维持,合闸弹簧21带动储能轴套32逆时针方 向转动,其凸轮压动传动轴套 30,带动连板29及摇臂27运动,使摇臂27扣住半轴25,使机构处于合闸状态。此时,连锁装置28锁住定位件,使定位牛不能逆时针方向转动,达到机构联销的目的,保证了机构在合闸位置不能合闸操作。  

        分闸操作过程:断路器合闸后,分闸电磁铁接到信号,铁芯吸合,分闸脱扣器 19中的顶杆向上运动,使脱扣轴16转动,带动顶杆18向上运动,顶动弯板26并带动半轴25向反时针方向转动。半轴25与摇臂27解扣,在分闸弹簧的作用下,断路器完成分闸操作。  四 .断路器的调试:开距与超行程  

        断路器的开距与超行程的测量可以根据图三所示,在分合闸状态测量出的 X值之差为断路器的开距,Y值之差为断路器的超行程。调整的方法为放长或缩短绝缘操作杆3或机构与主轴的连杆。  

        分合闸机构调整 :1.摇臂 27与半轴25的扣接量为1.5~2.5mm,可以通过调整螺钉24来实现。 2.传动轴套 30转动最大角时,摇臂27与半轴间要有1.5~2mm的间隙,以保证传动轴套回落到合闸位置时,摇臂27能自动扣接到半轴 25上,可以通过螺钉31的调节来实现。 3.辅助开关 2的转换应准确可靠,可以通过调整辅助开关2的拐臂3位置及位杆4的长短来实现。 4.在储能过程中,当棘爪到达最后一个齿的最高点时,应能保证储能轴套 32上的拐臂使行程开关的触点可靠切换,切断电机电源,可以通过调整行程开关5的上下前后位置来实现。5.调整分闸合闸弹簧的预拉长度,保证断路器的可靠分合,且分合闸速度达到规定值。  

    五 .断路器的控制回路 :

        在短路器的辅助常闭接点与合闸线圈之间,把断路器储能行程开关的一对??拥愦刂苹芈?。这样,在断路器未储能的情况下,将不能进行合闸操作。防止了在断路器未储能的情况下合闸,合闸回路保持,烧毁合闸线圈。 同时,在接线的过程中,要注意储能行程开关接点中合闸母线与控制母线的极性要一致,防止出现在开关蓄能时,合闸回路的电弧击穿行程开关,造成控制保险的熔断或控制空气开关的掉闸。这一点在综合自动化变电站上要特别注意。 六 .运行维护与检修试验  

        真空断路器的燃弧时间短,绝缘强度高,电气寿命也较高,触头的开距与行程小,操作的能量小,因此,机械寿命也较高。在日常的运行中,维护工作量很小,主要检查机构的运动部件磨损情况,紧固件有无松动,清除绝缘表面的灰尘,在活动部位注入一些润滑脂等。 在春检预防性试验中,对开关的直流电阻测试要与历史数据进行比较,发现问题及时处理更换,对断口的工频耐压试验,是检验真空 泡是否漏气的有效方法。(户内真空断路器可以借鉴断开负荷时,真空泡内闪光的颜色来初步判断真空泡的真空度,颜色暗红时表明真空度降低,颜色淡蓝时,表明真空度良好) ?;ざㄖ残Q槭?,对断路器做低电压掉合闸试验,检验开关在母线故障状态时,电压降低时动作是否可靠。 

        1 真空泡真空度降低 

        1.1 故障现象:真空断路器在真空泡内开断电流并进行灭弧,而真空断路器本身没有监测真空度特性的装置,检修人员无法感知真空度的高低,真空度降低故障为隐性故障,其危险程度远远大于显性故障。 

        1.2 原因分析:真空度降低的主要原因有以下几点:真空泡的材质或制作工艺存在问题,真空泡本身存在微小漏点等质量缺陷;真空泡内波纹管的材质或制作装配工艺存在问题,随着真空灭弧室使用时间的增长和开断次数的增多,其真空度逐步下降,下降到一定程度将会影响其开断能力和耐压水平;分体式真空断路器,如使用电磁式操作机构的真空断路器,在操作时,由于操作连杆的传动距离比较大,直接影响断路器的同期、弹跳、超行程等机械特性,使真空度降低的速度加快。真空度降低将严重影响真空断路器开断过电流的能力,并导致断路器的使用寿命急剧下降。 

        1.3 处理方法:在进行断路器定期停电检修时,必须使用真空测试仪.对真空泡进行真空度的定性测试,确保真空泡具有一定的真空度(真空度不能低于6.6×10-2Pa;工厂制造的新真空灭弧室其真空度要求达到7.5×10-4Pa以下)。 在日常运行中,应对真空断路器的正??喜僮骱投搪房锨榭鼋屑锹?。当发现极限开断电流值达到厂家给出的极限值时,应更换真空灭弧室。当真空度降低时,必须更换真空泡,并做好真空断路器的行程、同期、弹跳等特性试验。 

        1.4 预防措施:运行人员应定期对真空断路器进行认真严格的巡视,应注意断路器真空泡外部是否有放电现象。特别是玻璃外壳真空泡,可以对其内部部件表面颜色或开断电流时弧光的颜色进行目测判断,当内部部件表面颜色变暗或开断电流时弧光的颜色为暗红色时,真空泡的真空度测试结果基本上为不合格,应及时停电更换。 

        检修人员进行停电检修时,必须进行断路器同期、弹跳、行程、超行程、回路电阻等特性测试,以确保断路器处于良好的工作状态。在现场检验灭弧室是否合格的最简便的方法是对灭弧室进行42kV的工频耐压试验。 

        2 真空断路器分闸失灵 

        2.1 故障现象:根据故障原因的不同,存在如下故障现象:断路器远方??胤终⒎植幌吕?;就地手动分闸分不下来;事故时继电?;ざ?,但断路器分不下来。 

        2.2 原因分析:如果分闸失灵发生在事故时,将会导致事故越级,扩大事故范围??赡苡捎谝韵略蛟斐缮鲜鑫侍猓悍终⒉僮骰芈范舷?;分闸线圈断线;操作电源电压降低;分闸线圈电阻增加,分闸动能降低;分闸顶杆变形,分闸时存在顶杆卡涩、不灵活现象,分闸动力降低;分闸顶杆变形严重,分闸时卡死;分闸顶杆动作,但不能可靠的打开分闸压板;机构分闸锁扣扣入太深或扣板卡死。 

        2.3 处理方法:检查分闸回路是否断线;检查分闸线圈是否断线;测量分闸线圈电阻值是否合格;检查分闸顶杆是否变形;检查操作电压是否正常;改铜质分闸顶杆为钢质,以避免变形;调整分闸顶杆及铁芯的长度,保证动作可靠;分闸线圈固定架应保证紧固,防止铁芯动作时分闸线圈固定架也随之上下窜动;调整机构分闸锁扣扣入深度,使之符合要求。 2.4 预防措施:运行人员若发现分合闸指示灯不亮,应及时检查分合闸回路是否断线;检修人员在停电检修时,应注意测量分闸线圈的电阻,并检查分闸线圈固定架螺丝是否紧固;检查分闸顶杆是否变形;如果分闸顶杆的材质为铜质应更换为钢质;必须进行低电压分合闸试验,以保证断路器性能可靠。 

        3 弹簧操作机构合闸储能回路故障

        3.1 故障现象:合闸后无法实现分闸操作;储能电机运转不停止,甚至导致电机线圈过热损坏。 

        3.2 原因分析:行程开关安装位置偏下,致使合闸弹簧尚未储能完毕,行程开关触点就已经转换完毕,切断了电机电源,弹簧所储能量不够分闸操作;行程开关安装位置偏上,致使合闸弹簧储能完毕后,行程开关触点还没有得到及时转换,储能电机仍处于工作状态;行程开关或其接点损坏,储能电机不能停止运转。 

        在合闸储能不到位的情况下,若线路发生事故,而断路器拒分闸,将会导致事故越级,扩大事故范围;如储能电机损坏,则真空断路器无法实现分合闸。 

        3.3 处理方法:调整行程开关位置,实现电机准确断电;检修时应注意行程开关的动作情况,如行程开关损坏,应及时更换。 

        3.4 预防措施:运行人员在倒闸操作时,应注意观察合闸储能指示灯,以判断合闸储能情况;检修人员在检修工作结束后,应就地进行几次分合闸操作试验,以确定断路器处于良好状态。 

        4 分合闸不同期、弹跳数值大:此故障为隐性故障,必须通过特性测试仪的测量才能得出有关数据。 

        4.1 原因分析:断路器本体机械性能较差,多次操作后,由于机械原因导致不同期、弹跳数值偏大;分体式断路器由于操作杆距离较大,分闸力传到触头时,各相之间存在偏差,导致不同期、弹跳数值偏大;合闸冲击过大,致使动触头发生轴向反弹;动触杆导向不良,晃动过大;触头平面与中心轴垂直度不好,碰合时产生横向滑动等。如果不同期或弹跳大,都会严重影响真空断路器开断过电流的能力,影响断路器的寿命,严重时可能引起断路器爆炸。由于此故障为隐性故障,所以危险程度更大。 

        4.2 处理方法:在保证行程、超行程的前提下,通过调整三相绝缘拉杆的长度使同期、弹跳测试数据在规定范围内;提高配件的加工精度,使绝缘支座与轴,换向器与钢销、轴等紧密配合,减小空程间隙;加强装配工艺质量控制,提高装配工艺质量。在真空断路器装配过程中,注意安装合理,真空灭弧室在紧固件紧固后不应受弯矩,也不应受到明显的拉应力和横向应力,且灭弧室的弯曲变形不得大于0.5mm。上支架安装后,上支架不可压住灭弧室导向管,其间要留有0.5~1.5mm的间隙。调整导向管的位置,使灭弧室动触头的运动轨迹通过灭弧室的轴心,真空灭弧室动触头活动自如,无任何卡涩现象;适度加大触头超程弹簧预压力。 

        4.3 预防措施:由于分体式真空断路器存在诸多故障隐患,在更换断路器时应使用一体式真空断路器;定期检修时必须使用特性测试仪进行有关特性测试,及时发现问题解决问题。

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