斷路器是高壓開關(guān)中最重要和結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的一種。斷路器按照滅弧原理不同,可分為油斷路器、氣吹斷路器和真空斷路器等。
氣吹斷路器又可分為空氣斷路器和六氟化硫斷路器,采用氣體滅弧,所以不存在變壓器油的火災(zāi)危險(xiǎn)性。
一、空氣斷路器
空氣斷路器是利用高壓空氣滅弧的一種斷路器,壓縮空氣壓力可分為1.0、2.0、2.5MP等,造價(jià)為油斷路器的1.5~2 倍,而且要有壓縮空氣設(shè)備。所以,空氣斷路器主要用于電壓較高和技術(shù)性能要求較高的地方。
二、六氟化硫斷路器
六氟化硫斷路器運(yùn)用六氟化硫氣體滅弧。六氟化硫?yàn)槎栊詺怏w,其滅弧能力比空氣高幾十倍,但要求斷路器的結(jié)構(gòu)嚴(yán)密不漏,并需使用SF6 的各種設(shè)備。
1、 SF6 斷路器優(yōu)缺點(diǎn)的分析
SF6 斷路器,是用SF6 氣體作為來(lái)弧和絕緣介質(zhì)的斷路器。它與空氣斷路器同屬于氣吹斷路器,不同之處在于:
● 工作氣壓較低;
● 在吹弧過(guò)程中,氣體不排向大氣,而在封閉系統(tǒng)中循環(huán)使用。
⑴ SF6 的優(yōu)點(diǎn)
SF6 的分子和自由電子有非常好的混合性。當(dāng)電子和SF6 分子接觸時(shí)幾乎100%的混合而組成重的負(fù)離子,這種性能對(duì)剩余弧柱的消電離及滅弧有極大的的使用價(jià)值。即SF6 具有很好的負(fù)電性,它的分子能迅速捕捉自由電子而形成負(fù)離子。這些負(fù)離子的導(dǎo)電作用十分遲緩,從而加速了電弧間隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)率,因此有很好的滅弧性能。在1.01×105Pa 氣壓下,SF6 的滅弧性能是空氣的100 倍,并且滅弧后不變質(zhì),可重復(fù)使用。SF6 氣體優(yōu)良的絕緣和滅弧性能,使SF6 斷路器具有如下優(yōu)點(diǎn):
開斷能力強(qiáng),斷口電壓使于做得較高,允許連續(xù)開斷次數(shù)較多,適用于頻繁操作,噪音小,無(wú)火災(zāi)危險(xiǎn),機(jī)電磨損小等,是一種性能優(yōu)異的"無(wú)維修"斷路器。常用的SF6 斷路器有LN1-35 型、HB36 型兩種。
?、?SF6 的缺點(diǎn)
純凈的SF6 氣體是良好的滅弧介質(zhì),若用于頻繁操作的低壓電器中,由于頻繁操作的電弧作用,金屬蒸汽與SF6 氣體分解物起反應(yīng),結(jié)合而生成絕緣性很好的細(xì)粉末(氫氟酸鹽、硫基酸鹽等),沉積在觸頭表面,并嚴(yán)重腐蝕觸頭材料,從而接觸電阻急劇增加,使充有SF6 氣體的密封觸頭不能可靠地工作。因此對(duì)于頻繁操作的低壓電器不適宜用SF6 作滅弧介質(zhì)。
因?yàn)镾F6 氣體在放電時(shí)的高溫下會(huì)分解出有腐蝕性的氣體,對(duì)鋁合金有嚴(yán)重的腐蝕作用,對(duì)酚醛樹脂層壓材料、瓷絕緣也有損害。若把SF6 和N2 混合使用,當(dāng)SF6 含量超過(guò)20%~30%時(shí),其絕緣強(qiáng)度已和全充SF6 時(shí)絕緣強(qiáng)度相同,而腐蝕性又大大減少,因此SF6 ?;旌螻2 使用,在SF6 斷路器中,SF6 氣體的含水量必須嚴(yán)格規(guī)定不能超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。水會(huì)與電弧分解物中的SF4 產(chǎn)生氫氟酸(H2O+SF4→SOF2+2HF)而腐蝕材料。當(dāng)水分含量達(dá)到飽和時(shí),還會(huì)在絕緣件表面凝露,使絕緣強(qiáng)度顯著降低,甚至引起沿面放電。
運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及上述論析都表明:SF6 斷路器由于絕緣結(jié)構(gòu)體積較小,若SF6 氣體的含水量較高,則將使絕緣水平大大下降,接觸電阻急劇增加,在運(yùn)行中易發(fā)生損壞或爆炸事故。因此,各制造廠及運(yùn)行部門都要求有嚴(yán)格的密封工藝,同時(shí)規(guī)定SF6 氣體的含水量不得超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)是SF6 氣體的含水量應(yīng)小于300ppm(容積比)。
SF6 斷路器以SF6 氣體為滅弧介質(zhì)。在正常情況下,SF6 是一種不燃、無(wú)臭、無(wú)毒的惰性氣體,密度約有空氣的2 倍。但SF6 氣體在電弧作用下,小部分會(huì)被分解,生成一些有毒的低氟化物,如SOF2、SF4、SOF4 和SO2F2 等,對(duì)人體健康有影響,對(duì)金屬部件也有腐蝕和劣化作用。因此,在SF6 斷路器中,一般均裝有吸附裝置,吸附劑為活性氧化鋁、活性碳和分子篩等。吸附裝置可完全吸附SF4 氣體在電弧的高溫下分解生成的毒質(zhì)。
2、 SF6 斷路器的檢修
⑴ SF6 斷路器在檢修前,應(yīng)先將斷路器分閘,切斷操作電源,釋放操作機(jī)構(gòu)的能量,用SF6 氣體回收裝置將斷路器內(nèi)的氣體回收,殘存氣體必須用真空泵抽出,使斷路器內(nèi)真空度低于133.33Pa。
?、?斷路器內(nèi)充入合適壓力的高純度的氮?dú)?純度在99.99%以上),然后放空,反復(fù)兩次,以盡量減少內(nèi)部殘留的SF6 氣體及其生物。
⑶ 解體檢修時(shí),環(huán)境的空氣相對(duì)濕度不得大于80%,工作場(chǎng)所應(yīng)干燥、清潔,并應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng);檢修人員應(yīng)穿尼龍工作衣帽,戴防毒口罩、風(fēng)鏡,使用乳膠薄膜手套;工作場(chǎng)所嚴(yán)禁吸煙工作間隙應(yīng)清洗手如面部,重視個(gè)人衛(wèi)生。
?、?斷路器解體中發(fā)現(xiàn)容器內(nèi)有白色粉末狀的分解物時(shí),應(yīng)用吸塵或柔軟衛(wèi)生紙拭凈,并收集在密封的容器中深埋,以防擴(kuò)散。切不可用壓縮空氣吹或用其他使粉末飛揚(yáng)的方法清除。
?、?斷路器的金屬部件可用清洗劑或汽油清洗。絕緣件應(yīng)用無(wú)水酒精或丙酮清洗。密封件不能用汽油或氯仿清洗。一般應(yīng)全部換用新的。
⑹ 與SF6 氣體接觸的零部件及密封圈可涂一薄層HL#8 或HL#10 聚四氟乙烯潤(rùn)滑脂密封圈外側(cè)法蘭面應(yīng)涂中性凡土林或#2 防凍脂。引進(jìn)的國(guó)外產(chǎn)品應(yīng)根據(jù)使用說(shuō)明書的要求選用適當(dāng)油脂。法蘭拼命縫隙及法蘭連接螺絲等處應(yīng)涂703密封膠密封。
?、?斷路器容器內(nèi)的吸附劑應(yīng)在解體檢修時(shí)更換,換下的吸附劑應(yīng)妥善處理防止污染擴(kuò)散。新?lián)Q上的吸附劑應(yīng)先在200~300℃的烘箱中烘燥處理12 小時(shí)以上,待自然冷卻后立即裝入斷路器,要盡量減少在空氣中的暴露時(shí)間。吸附劑的裝入量為充入斷路器的SF6 氣體質(zhì)量的1/10。
?、?斷路器解體后如不及時(shí)裝復(fù),應(yīng)將絕緣件放置在烘箱或烘間內(nèi)以保持干燥。
三、真空斷路器
真空斷路器的靜觸頭和動(dòng)觸頭均放置在真空的玻璃泡中,因而熄弧快,觸頭不致氧化,適合于頻繁操作,也沒(méi)有變壓器油的火災(zāi)危險(xiǎn)性。但由于真空度要求為10 負(fù)四次平方mmHg 以上,所以密封比較困難,主要用于操作頻繁的配電系統(tǒng)上。
1、 戶內(nèi)真空斷路器的應(yīng)用與維護(hù)
真空斷路器具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、維護(hù)量小、防燃、防爆和適于頻繁操作等優(yōu)點(diǎn),目前在中壓開關(guān)特別是10 kV 戶內(nèi)產(chǎn)品中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的機(jī)械壽命和可靠性還比較低。目前還存在型號(hào)繁雜,生產(chǎn)企業(yè)眾多,生產(chǎn)水平參差不齊,不少?gòu)S家規(guī)模過(guò)小、裝備水平低、管理不善、產(chǎn)品質(zhì)量分散性大、不夠穩(wěn)定等問(wèn)題。
2、 真空斷路器應(yīng)用中存在的技術(shù)問(wèn)題操作過(guò)電壓
真空斷路器在操作時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生較高的截流過(guò)電壓和電弧重燃過(guò)電壓,在運(yùn)行管理中,需從技術(shù)上防止和抑制過(guò)電壓,如適當(dāng)加大觸頭開距,以抑制電弧重燃過(guò)電壓,裝設(shè)性能較好的金屬氧化物避雷器或阻容保護(hù)裝置進(jìn)行預(yù)防等。
3、 真空滅弧室的漏氣問(wèn)題
隨著真空滅弧室使用時(shí)間的增長(zhǎng)和開斷次數(shù)增多,以及受外界因素的作用,其真空度會(huì)逐步下降,影響它的開斷能力和耐壓水平。目前,普遍使用縱向磁場(chǎng)滅弧原理和銅鉻觸頭材料,以減少觸頭燒損,提高電氣壽命。但如果導(dǎo)電桿同心度調(diào)整不當(dāng),將影響真空滅弧室的封接強(qiáng)度,導(dǎo)致漏氣。為了保證同心度的調(diào)整,合理的選擇使用和儲(chǔ)存環(huán)境,是解決真空滅弧室漏氣問(wèn)題的重要措施。
4、 合閘彈跳
在斷路器合閘時(shí),觸頭剛接觸直至觸頭穩(wěn)定接觸瞬間為止的時(shí)間稱為合閘彈跳時(shí)間,實(shí)踐及理論分析均表明,它是影響滅弧室電壽命的重要因素。但由于其遠(yuǎn)小于合閘過(guò)程中電弧燃燒時(shí)間,一定范圍內(nèi)的彈跳最主要的危害是加速觸頭的摩損,導(dǎo)致滅弧室電壽命的縮短。合閘彈跳是由于動(dòng)靜觸頭的非彈性碰撞引起的,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、觸頭材料、安裝、調(diào)試質(zhì)量、零部件的加工精度等等。
5、 溫升
真空斷路器的回路電阻是產(chǎn)生溫升的主要熱源,而滅弧室的回路電阻通常要占回路電阻的50%以上。觸頭與外殼之間的真空形成了熱絕緣,因而產(chǎn)生的熱量只能通過(guò)動(dòng)、靜導(dǎo)電桿向外部散熱。真空滅弧室靜端直接與靜支架相連,動(dòng)端則通過(guò)導(dǎo)電夾、軟連接與動(dòng)支架相連。因動(dòng)端連接環(huán)節(jié)較多,導(dǎo)熱路徑較長(zhǎng),所以溫升的最高點(diǎn)多集中于動(dòng)導(dǎo)電桿與導(dǎo)電夾搭接部位。在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)結(jié)合過(guò)載能力差的特點(diǎn),嚴(yán)格控制負(fù)荷電流,使其低于額定電流。
6、 真空斷路器的維護(hù)
?、?重視機(jī)械參數(shù)的調(diào)整。操動(dòng)機(jī)構(gòu)在真空斷路器機(jī)械結(jié)構(gòu)中是最為復(fù)雜、精度要求最高的部分,機(jī)械參數(shù)的合理配置,直接關(guān)系到真空斷路器的技術(shù)性能和機(jī)械壽命。因此,要認(rèn)真做好機(jī)械參數(shù)的調(diào)試工作,嚴(yán)格機(jī)械參數(shù)指標(biāo)要求,規(guī)范備品備件管理和儲(chǔ)存,保證備品備件的技術(shù)性能指標(biāo)和質(zhì)量的一致性、通用性和可靠性。
?、?嚴(yán)格控制真空斷路器的合、分閘速度,按照產(chǎn)品說(shuō)明書的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。合閘速度過(guò)低時(shí),會(huì)由于預(yù)擊穿時(shí)間加長(zhǎng),而增大觸頭的磨損量。又由于真空滅弧室一般采用銅焊工藝,并且經(jīng)高溫下去氣處理,機(jī)械強(qiáng)度不高,耐振性差。如果合閘速度過(guò)高會(huì)造成較大的振動(dòng),對(duì)波紋管產(chǎn)生較大的沖擊,降低波紋管壽命。對(duì)一定結(jié)構(gòu)的真空斷路器有著最佳合閘速度。
?、?真空斷路器斷路時(shí)的燃弧時(shí)間短,其最大燃弧時(shí)間不超過(guò)1.5 個(gè)工頻半波,并要求電流第一次過(guò)零時(shí),滅弧室要有足夠的絕緣強(qiáng)度,通常希望斷路時(shí)在工頻半波內(nèi)觸頭的行程達(dá)到全行程的50%~80%,因此,需要嚴(yán)格控制開關(guān)的分閘速度。要求真空斷路器的分閘緩沖器與合閘緩沖器有較好的特性,盡量減輕沖擊力,以保護(hù)真空滅弧室的使用壽命。
⑷ 嚴(yán)格控制觸頭行程和超程。要嚴(yán)格按照產(chǎn)品安裝說(shuō)明書要求進(jìn)行調(diào)整。在大修后一定要進(jìn)行測(cè)試,并且與出廠記錄進(jìn)行比較。不能誤以為開距大對(duì)滅弧有利,而隨意增加真空斷路器的觸頭行程。否則會(huì)使得斷路器合閘在波紋管產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力,引起波紋管損壞,破壞滅弧室密封,從而造成漏氣。超行程的減少,就是觸頭的磨損量。因此,每次調(diào)整超過(guò)行程時(shí)必須進(jìn)行記錄,當(dāng)觸頭磨損量累計(jì)超過(guò)4 mm 時(shí),應(yīng)更換滅弧室。當(dāng)觸頭磨損使動(dòng)、靜觸頭接觸不良時(shí),通過(guò)回路電阻的測(cè)試也可以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。應(yīng)仔細(xì)檢查觸頭彈簧,不應(yīng)有變形損傷現(xiàn)象。
⑸ 定期檢查滅弧室的真空度。定期進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)(42 kV)。根據(jù)“電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程”的規(guī)定,結(jié)合本單位的實(shí)際情況,制定真空斷路器的工頻耐壓試驗(yàn)周期。經(jīng)驗(yàn)證明滅弧室由于工藝的缺欠致使超出自然泄漏率的現(xiàn)象一般發(fā)生在使用第1~2 年,因而在開始運(yùn)行頭兩年根據(jù)變電所的具體情況多加監(jiān)視,最好在真空斷路器投運(yùn)后0.5 年、1 年、1.5 年、2 年進(jìn)行一次工頻耐壓試驗(yàn),2 年后根據(jù)運(yùn)行情況再?zèng)Q定一年一次還是一年兩次。目前,由于現(xiàn)場(chǎng)不拆卸測(cè)試真空度的儀器尚不夠完善,工頻耐壓還是檢測(cè)真空度較為有效的方法。
有條件時(shí),可選用真空度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀,在不拆卸真空滅弧室的情況下檢測(cè)真空滅弧室的真空度。在進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)的同時(shí)配合進(jìn)行真空度檢測(cè),作為輔助手段。目前市場(chǎng)上已有幾種不同型號(hào)的真空度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀供用戶選用。
?、?合理安排真空斷路器的檢修周期。結(jié)合季節(jié)(年度)性預(yù)防性試驗(yàn)對(duì)真空滅弧室斷口采用工頻耐壓方法檢驗(yàn)真空度。
在正常操作(合、分負(fù)荷電流)次數(shù)達(dá)到2000 次,開斷額定電流10 次后應(yīng)檢查各部位的螺栓有無(wú)松動(dòng)。檢查方法和要求按真空斷路器的維修檢查要求進(jìn)行,若符合規(guī)定的技術(shù)參數(shù),可繼續(xù)使用。
?、?注意安裝和維修。真空滅弧室允許儲(chǔ)存期限為15~20 年,因此,備品不宜過(guò)多,存放和使用環(huán)境中應(yīng)無(wú)化學(xué)腐蝕性氣體存在。調(diào)試觸頭開距時(shí),應(yīng)控制波紋管的壓縮量,防止波紋管發(fā)生塑性變形,分閘緩沖器的回彈不應(yīng)過(guò)大,過(guò)大會(huì)影響波紋管的壽命。裝調(diào)時(shí)如果發(fā)現(xiàn)螺紋配合不良,應(yīng)查明原因后再處理,不要用很大力氣擰動(dòng)真空滅弧室,防止波紋管受到損傷。二次回路的接線、輔助開關(guān)的接觸應(yīng)完好,以免影響斷路器動(dòng)作的可靠性。
?、?檢查測(cè)量每相主導(dǎo)電回路的電阻值。觸頭接觸電阻與觸頭間的壓力有關(guān),在一定范圍內(nèi),壓力越大,接觸電阻越小越穩(wěn)定。一般真空斷路器每相的接觸電阻不要大于80 mΩ。檢查傳動(dòng)部分的潤(rùn)滑情況和緊固螺栓有無(wú)松動(dòng),保持清潔,按機(jī)械說(shuō)明書進(jìn)行各項(xiàng)操作。注意保護(hù)真空滅弧室不受任何外力碰撞。
?、?嚴(yán)格進(jìn)行交接驗(yàn)收。安裝完畢或大修理后,必須進(jìn)行有關(guān)參數(shù)的測(cè)試和復(fù)核。
主要復(fù)測(cè)的參數(shù)有:合閘彈跳,分閘同期,開距,壓縮行程,合、分閘速度,合、分閘時(shí)間,直流接觸電阻,斷口絕緣水平,傳動(dòng)驗(yàn)收試驗(yàn)等,均應(yīng)滿足真空斷路器的要求。
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