10KV真空斷路器的使用和維護
真空斷路器具有很強的絕緣特性,在真空斷路器中,氣體非常稀薄,氣體分子的自由行程相對較大,發(fā)生相互碰撞的幾率很小,因此,碰撞游離不是真空間隙擊穿的主要原因,而在高強電場作用下由電極析出的金屬質(zhì)點才是引起絕緣破壞的主要因素。 真空間隙中的絕緣強度不僅與間隙的大小,電場的均勻程度有關,而且受電極材料的性質(zhì)及表面狀況的影響較大。真空間隙在較小的距離間隙( 2—3毫米)情況下,有比高壓力空氣與SF6氣體高的絕緣特性,這就是真空斷路器的觸頭開距一般不大的原因。 電極材料對擊穿電壓的影響主要表現(xiàn)在材料的機械強度(抗拉強度)和金屬材料的熔點上??估瓘姸群腿埸c越高,電極在真空下的絕緣強度越高。 實驗表明,真空度越高,氣體間隙的擊穿電壓越高,但在 10-4 Pa以上,就基本保持不變了,所以,要保持真空滅弧室的絕緣強度, 其真空度應不低于 10-4 Pa。 但是在使用和維護過程中也應注意幾個問題。
一、使用和維護中應注意的問題: 1.過電壓保護。 由于真空斷路器開斷電流較小,特別是開斷空載變壓器勵磁電流等小感性電流時,往往會出現(xiàn)截流而產(chǎn)生截流過電壓,并且截流值越大,產(chǎn)生的過電壓越高。另外,真空斷路器在開斷電容器組的容性電流時,也很難達到絕對無電弧重燃,一旦出現(xiàn)重燃,也會產(chǎn)生重燃過電壓。對于截流或者重燃過電壓,常用的防護措施如下: (1)降低截流值:從根本上降低截流過電壓。適當加大觸頭開距,以抑制電弧重燃過電壓。 (2)裝設R—C吸收器。若電阻及電容參數(shù)選擇合適,既可降低過電壓幅值,又可減緩過電壓的上升陡度。一般每相電容值取0 1~0 2μF,電阻值取100~200Ω,功率不小于200 W。這是常用的一種方法。 (3)采用氧化鋅避雷器MOA。MOA實際上是一個非線性壓敏電阻,在工作電壓下呈極大電阻,漏電流為微安(μA)級,不影響電網(wǎng)運行。過電壓時,其阻值劇降并呈穩(wěn)壓特性,一般可將過電壓限制在2倍相電壓以下,且閥片間有一定電容量,對殘壓的突變有抑制作用。
2、真空滅弧室真空度的檢測。 真空滅弧室管內(nèi)的真空度通常是在10-4~10-6Pa,隨著真空滅弧室使用時間的增長和開斷次數(shù)增多,以及受外界因素的作用,其真空度逐步下降,下降到一定程度將會影響它的開斷能力和耐壓水平。因此,真空斷路器在使用過程中必須定期檢查滅弧室管內(nèi)的真空度。目前檢查方法有: (1)、 觀察法:對玻璃外殼真空滅弧室,可以定期目測巡視檢查,正常時內(nèi)部的屏蔽罩等部件表面顏色應很明亮,在開斷電流時發(fā)出淺藍色弧光。當真空度下降很嚴重時,內(nèi)部顏色就會變得灰暗,開斷電流時將發(fā)出暗紅色弧光。 (2)、 交流耐壓法:定期(3年左右)進行一次工頻耐壓試驗(42kV)。當動靜觸頭保持額定開距條件下,如果耐壓很低,而且經(jīng)多次放電老化后,耐壓值仍達不到規(guī)定耐壓標準,就說明真空滅弧室真空度已嚴重下降,已不能繼續(xù)使用。 實踐表明,采用交流耐壓法檢測嚴重劣質(zhì)的真空滅弧室的真空度是一種簡便有效的方法 。 (3)、 火花計法: 這種方法是采用火花探漏儀檢測,檢測時將火花探漏儀沿滅弧室表面移動,在其高頻電場作用下內(nèi)部有不同的發(fā)光情況。根據(jù)發(fā)光的顏色來鑒定真空滅弧室的真空度。若管內(nèi)有淡青色輝光,說明其真空度在133×10-3Pa以上;若管內(nèi)呈蘭紅色,說明管子已經(jīng)失效;若管內(nèi)已處于大氣狀態(tài),則不會發(fā)光。
3.真空中電弧的形成與熄滅 真空電弧和我們以前學習的氣體電弧放電現(xiàn)象有很大的差別,氣體的游離現(xiàn)象不是產(chǎn)生電弧的主要因素,真空電弧放電是在觸頭電極蒸發(fā)出來的金屬蒸汽中形成的。同時,開斷電流的大小不同,電弧表現(xiàn)的特點也不同。我們一般把它分為小電流真空電弧和大電流真空電弧。 (1)小電流真空電弧 觸頭在真空中開斷時,產(chǎn)生電流和能量十分集聚的陰極斑點,從陰極斑點上大量地蒸發(fā)金屬蒸汽,其中的金屬原子和帶電質(zhì)點的密度都很高,電弧就在其中燃燒。同時,弧柱內(nèi)的金屬蒸汽和帶電質(zhì)點不斷地向外擴散,電極也不斷的蒸發(fā)新的質(zhì)點來補充。在電流過零時,電弧的能量減小,電極的溫度下降,蒸發(fā)作用減少,弧柱內(nèi)的質(zhì)點密度降低,最后,在過零時陰極斑消失,電弧熄滅。有時,蒸發(fā)作用不能維持弧柱的擴散速度,電弧突然熄滅,發(fā)生截流現(xiàn)象。 (2)大電流真空電弧 在觸頭斷開大的電流時,電弧的能量增大,陽極也嚴重發(fā)熱,形成很強的集聚型的弧柱。同時,電動力的作用也明顯了,因此,對于大電流真空電弧,觸頭間的磁場分布就對電弧的穩(wěn)定性和熄弧性能有決定性的影響。如果電流太大,超過了極限開斷電流,就會造成開斷失敗。此時,觸頭發(fā)熱嚴重,電流過零以后仍然蒸發(fā),介質(zhì)恢復困難,不能斷開電流。
4.觸頭超程和觸頭壓力的控制: (1)國產(chǎn)各種型號的10kV真空滅弧室的觸頭超程是在3mm左右,開距12mm左右。通常國產(chǎn)10kV真空斷路器用滅弧室的額定接觸壓力,額定電流630~800A者為1100N左右,1250A者為1500~1700N等。 (2)真空斷路器在安裝或檢修時,除了要嚴格地按照產(chǎn)品安裝說明書中要求調(diào)整測量觸頭超程。另外,還應仔細檢查觸頭彈簧,不應有變形損傷現(xiàn)象。
5.觸頭磨損值的監(jiān)控。 真空滅弧室的觸頭接觸面在經(jīng)過多次開斷電流后會逐漸被電磨損,觸頭行程增大,也就相當波紋管的工作行程增大,波紋管的壽命會迅速下降,通常允許觸頭電磨損最大值為3mm左右。當累計磨損值達到或超過此值,同時真空滅弧室的開斷性能和導電性能都會下降,真空滅弧室的使用壽命已到。 為了能夠較準確地控制每個真空滅弧室觸頭的電磨損值,必須從滅弧室開始安裝使用時起,每次預防性試驗或維護時,就準確地測量開距和超程并進行比較,當觸頭磨損后累計減小值就是觸頭累計電磨損值。 6.真空斷路器反彈對滅弧室的影響。 真空斷路器的觸頭多為對接式結(jié)構,在分合操作中可能產(chǎn)生不同程度的反彈現(xiàn)象。不論分閘反彈還是合閘反彈都會給運行帶來危害。反彈可能導致: (1)觸頭燒損嚴重,甚至熔焊。 (2)波紋管經(jīng)受強迫振動可能產(chǎn)生裂紋,使滅弧室漏氣。 (3)分合閘時的沖擊速度及沖擊力較大發(fā)生彈跳都可能產(chǎn)生觸頭和導電桿的變形,甚至產(chǎn)生裂紋。 (4)切合電容器組的真空斷路器如發(fā)生合閘彈跳還會導致電容器的損壞。
7.分合閘速度的測量。 (1)分閘速度。應在規(guī)定的范圍內(nèi),太低容易引起燃弧時間長。10kV真空開關分閘速度通常取值為0.8~1.2m/s,必要時還可以高于1.5m/s。 (2)合閘速度。應在規(guī)定的范圍內(nèi),而且合閘速度取決于操作機構的特性,操作機構的合閘速度又受合閘電壓的影響,其合閘電壓對速度影響很靈敏(合閘電壓通常是指加在線圈兩端的電壓,應扣除回路壓降)。通常情況下,10kV級的真空斷路器的合閘速度為0.4~0.7m/s,必要時可取為0.8~1.2m/s。 (3)分閘時間。由機構的動作特性決定,分閘時間太短,開斷時系統(tǒng)的直流分量大,分閘時間與保護定值有關。 (4)合閘時間。與斷路器的固有時間和保護有關,合閘時間取決于機構本身。 新斷路器在投運前應測量分、合閘速度,因為它不僅可以建立原始技術資料,同時也可以及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量上的一些問題,以便及時采取措施。 二. 結(jié)論 我國從20世紀80年代以來,已經(jīng)研制生產(chǎn)了一批性能較為穩(wěn)定的10kV真空斷路器,并投入實際運行。目前,在10kV真空斷路器已逐漸取代油斷路器,成為供電的主要設備。 真空斷路器已經(jīng)得到廣泛的使用,而各廠家的真空斷路器在機構上也不盡相同,而且,真空斷路器的故障,如真空度降低、分合閘不同期、彈跳大等多為隱性故障,所以,進行檢修工作時必須使用有關的科學儀器進行測試、測量,用實際數(shù)據(jù)來說明問題,也用實際數(shù)據(jù)來證明和解決問題。 通過以上幾個問題的分析,運行人員、檢修人員及時發(fā)現(xiàn)隱患、消缺,避免事故發(fā)生,確保真空斷路器良好運行,保證生產(chǎn)安全用電。
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