VJ-12型真空断路器维护及操作电路的改进_电子/电路_工程科技_专业资料。本篇论文按深圳电工技师考试格式,由作者根据实际经验编写的.
VJ-12 型真空断路器维护及操作电路的改进 型真空断路器维护及操作电路 单位名称： 单位名称： 申报工种： 申报工种：电工 申报等级： 申报等级：技师 论文作者： 论文作者： 指导教师： 指导教师： 联系电话： 联系电话： 单位地址： 单位地址： 邮政编码： 邮政编码： 上报时间： 上报时间： VJ-12 型真空断路器维护及操作电路的改进 型真空断路器维护及操作电路 申报工种： 申报工种：电工 申报等级： 申报等级：技师 目 前 1. 录 言...................................................................................................................................... 1 真空断路器简介.................................................................................................................. 1 1.1. 真空断路器的灭弧原理 ............................................................................................ 1 1.2. 真空断路器的特点 .................................................................................................... 2 1.3. 真空断路器的构造简介 ............................................................................................ 2 2. VJ-12 型真空断路器维修 ................................................................................................... 3 2.1. 真空灭弧室维修 ........................................................................................................ 3 2.2. 一次回路维修 ............................................................................................................ 4 2.3. 操动机构维修 ............................................................................................................ 4 2.4. 绝缘部件维修 ............................................................................................................ 5 2.5. 操作电路维修 ............................................................................................................ 5 2.6. 联锁功能检查 ............................................................................................................ 6 2.7. 操作次数检查 ............................................................................................................ 6 3. 4. 结 VJ-12 真空断路器操作电路改进 ....................................................................................... 6 结论...................................................................................................................................... 8 束 语.................................................................................................................................. 8 参 考 文 献.............................................................................................................................. 10 附录 I 真空绝缘强度的比较和真空度与绝缘击穿电压的关系 ..........................................11 附录 II 明电 VJ-12 型真空断路器的技术参数和规格 .........................................................11 VJ-12 型真空断路器维护及操作电路的改进 真空断路器维护及操作电 操作电路 摘要： 摘要：真空断路器具有开距小、体积小、结构简单、重量轻、寿命长、动作快、无 噪音、维护量小、防燃、防爆和适于频繁操作等优点，目前在中压开关特别是 10kV 等级 的产品中占绝对优势，广泛应用于电站、泵站、10kV 配电所作电气设施的保护和控制之 用。本文以 VJ-12 型 10kV 真空断路器为例，以实际工作为指导，结合作者的工作经验， 为提高 VJ-12 型真空断路器操作的可靠性、安全性，对其操作电路改进进行了分析和总 结。 关键词： 关键词：线 型 维修 前 操作电路 言 改进 真空断路器具有开距小、体积小、结构简单、重量轻、寿命长、动作快、无噪音、 维护量小、防燃、防爆和适于频繁操作等优点，目前在中压开关特别是 10kV 等级的产品 中占绝对优势，广泛应用于电站、泵站、10kV 配电所作电气设施的保护和控制之用。我 司大量采用的东莞明电 VJ 系列 10kV 户内真空断路器， 在广东省的使用量就多达 500 台， VJ-12 型的真空断路器用量最多。 使用时间最长的已达到 7 年， 由于维护得当和开关本身 的高性能，至今没有发生一起因真空断路器故障而引发的电力事故。在实际工作中运行 人员反映有时会有操作不便的现象，因此对操作电路进行了改进。 1. 真空断路器简介 要做好真空断路器的维修工作，首先要了解真空断路器的灭弧原理、特点和它的构 造。 1.1. 真空断路器的灭弧原理 真空断路器是指触头在真空灭弧室中分合电路的一种断路器。真空灭弧室也叫真空 开关管或真空泡，是真空断路器的核心器件。它是用一对密封在真空中的电极（触头） 和其它零件，借助真空优良的绝缘和熄弧性能，实现电路的关合或分断的真空器件。 在真空灭弧室内，线 Pa，在这样高的真空中，气体分子十分稀少。 正是由于气体分子十分稀少，不可能像在空气中一样，由于气体分子和电子碰撞而造成 真空间隙的电击穿，真空间隙的电击穿需要在非常高的电压下形成场致发射等其他因素 才有可能击穿。真空间隙具有很高的绝缘强度和灭弧能力。 当一对带电的触头在高真空中分离的瞬间，电流将收缩到触头刚分离的一点或某数 点上，表现出电阻的剧烈增大和温度迅速提高，直到发生金属的蒸发，同时形成极高的 1 电场强度，这样就会导致强烈的场致发射和间隙的击穿；继而形成了真空电弧，真空电 弧一旦形成后，同时出现高电流密度的阴极斑点，它一般在 104A/cm2 以上，使阴极表面 局部区域的金属不断熔化和蒸发，以维持真空电弧。因此，实质上真空电弧是一种在金 属蒸气中靠电离的金属蒸气维持的电弧。 要熄灭真空电弧的唯一办法只有将电弧电流减小到一定程度，不足以维持电弧的时 候才有可能将其熄灭。在交流情况下，真空电弧电流有一个过零的时刻，这就给了电弧 熄灭的条件。在真空灭弧装置中，当电流接近正弦零点时，由于阴极斑点将变得极不稳 定，电流可能在过零点前突然降至零。这时电流被切断，发射过程停止，真空中的金属 蒸气很快扩散、冷凝，真空介质绝缘性能迅速恢复，同时间隙上会立刻出现上升速度很 快的暂态恢复电压。如果间隙在一定时间内散出去的残余物质足够快，则间隙就能承受 这个恢复电压，电路就被成功的分断。相反，如果承受不住这个恢复电压，间隙即被击 穿，电弧发生重燃，在间隙中会流过一个过渡的高频电流。当此高频电流过零时，电弧 熄灭，同时断路器的极间耐压因触头分离而升高，直到耐压值能承受触头间的恢复电压， 电弧就不再重燃，电路被可靠分断。 1.2. 真空断路器的特点 A) 灭弧过程是在密闭的真空容器中完成，电弧和炽热的金属蒸气不会向外界喷溅， 因此不会污染环境。 B) 真空间隙的绝缘强度比常温常压下的空气和六氟化硫的击穿电压高得多， 如附录 I（图 I-1）所示，因此真空断路器的触头行程（开距）很小，10kV 真空断路器 的开距只有 8~12mm，其操动机构功率小，结构也比较简单。 C) 金属蒸气型的电弧决定了真空断路器的电弧电压低， 电弧的能量小， 触头磨损小， 因而分断次数多（一般在 10000 次以上） ，使用寿命长，且适合频繁操作。 D) 除控制电路和操动机构需要定期保养和维护外， 真空灭弧室在使用期限内不需要 维修，维护工作量很小。 除以上主要特点外，真空断路器还有体积小、重量轻、无噪音、防燃、防爆、开断 可靠和开断功能齐全等特点。 1.3. 真空断路器的构造简介 真空断路器主要由框架部分、真空灭弧室、操动部分和控制电路等组成。图 1-1 所 示为 VJ-12 型真空断路器的外观图。VJ-12 型真空断路器是用于户内的 10kV 等级的真空 断路器，其技术规格如附录 II（表 II）所示。VJ-12 型真空断路器的框架为手车式，可以 用手拉出或推入开关柜。三个陶瓷外壳真空灭弧室之间用绝缘板隔开，上面为静触头， 下面为动触头。其操动机构为电机驱动，弹簧储能，电磁铁推动杠杆使弹簧势能释放， 达到电路分断或闭合的目的。 2 2. VJ-12 型真空断路器维修 维修工作用来维持真空断路器的无故障运行并获得最长的工作寿命。真空断路器具 有结构简单和耐用的特点，因而有很长的工作寿命，并且维护工作量很小。有的厂家甚 至说是免维护， 这种说法是不准确的。 VJ-12 型真空断路器采用了铜铬特殊合金触头材料， 由于铬在开断中有较强的吸气作用，不会引起真空度下降，而且这种触头开断电流时不 产生毛刺和龟裂现象，性能很稳定，因此 VJ-12 型真空断路器电寿命和机械操作寿命在 10000 次以上。 真空灭弧室在频繁开断工作电流和开断短路电流后， 真空度虽然不会降低， 是不需维护的，但是操动机构因长期受力和运动等方面的影响，是需要定期检修和维护 的。根据本人多年的工作经验，VJ-12 型真空断路器主要从以下几个方面进行检查、维护 和维修。 2.1. 线 型真空断路器灭弧室的构造示意图如图 2-1 所示。真空灭弧室的外壳是陶瓷 的，不能承受较大力的撞击，它是真空断路器中最娇嫩的部件，在投入运行前、每操作 2000 次后都要进行检查。 检查外壳有无裂缝及损伤， 有裂缝或外观损伤的应更换灭弧室。 用工频 42kV 电压加于动静触头之间 1 分钟，观察有无击穿的现象，如果有击穿或放电现 3 象，证明真空度下降，已不能使用。真空中的绝缘强度与真空度有密切的关系，附录 I （图 I-2） 所示为钢作电极， 在间隙开距为 1mm 情况下所作的实验结果。 从图中可以看到， 当线 Pa 时，绝缘击穿强度有显著的变化，而低于 1.33×10 Pa 时， 绝缘强度差不多保持不变。因此，一般对真空灭弧室的线Pa 就 认为已满足要求。真空灭弧室的真空度会随着使用年限或储存年限有缓慢的泄露，压强 增加。所以，线 年后应用真空度测试仪测量真空度。真空灭弧室 随同真空断路器出厂时的真空灭弧室内部气体压强不得大于 1.33×10 Pa， 使用中真空灭 弧室内部气体压强最高不得大于 6.6×10-2Pa。当真空度或耐压值不符合要求时，均应更 换灭弧室。 真空断路器合闸后，动触头受灭弧 室自闭力和合闸杠杆压缩弹簧的势能作 用与静触头紧密接触，此压力弹簧（图 1-1 中的 6）应被压缩 3mm（触头弹簧压 缩超行程） ，当压缩量小于 1mm 时，证明 触头磨损量超过 2mm。 当触头磨损量过大 时，合闸所需机构行程增加，灭弧室的 波纹管伸缩量也增加，这样会减少波纹 管的寿命。同时压力弹簧的压力减小， 触头接触电阻增大，发热量增加。灭弧 室的磨损，一般来说，三相都一样，所 以这时应同时更换三相灭弧室。 2.2. 一次回路维修 一次回路电阻是产生温升的主要热源，而灭弧室的回路电阻通常要占一次回路电阻 的 50%以上。触头与外壳之间的真空形成了热绝缘，因而产生的热量只能通过动、静导 电杆向外部散热。如图 1-1 所示，真空灭弧室静端直接与静支架（静导电棒）相连，动 端则通过动导电杆的滑动导电夹与动支架（动导电棒）相连。因动端连接环节较多，导 热路径较长，所以温升的最高点多集中于动导电杆与导电夹搭接部位。 每运行 1 年后，真空灭弧室的动导电杆与导电夹搭接部位，在脱扣之后，需用布清 洁电极并涂润滑脂。一次回路导电棒也会因为发热氧化和受力等原因使导电铜棒的插头 的弹簧变形或失去刚性，使插头的接触片变色及烧蚀等，应即时检查、清洗或更换。然 后用直流双臂电桥或伏安法测量主电路的电阻。电流为 630A 和 1250A 的真空断路器主 回路电阻应分别小于 40?Ω 和 30?Ω。不符合要求时，应更换或维修相应的器件。 2.3. 操动机构维修 操动机构在真空断路器机械结构中是最为复杂、精度要求最高的部分，机械参数的 合理配置，直接关系到真空断路器的技术性能和机械寿命。操动机构中的旋转部件、滑 动部件、插销及其他活动部件要加注润滑油。检查合闸弹簧和分闸弹簧（图 1-1 中的 10） 4 -3 -1 -1 有无腐蚀变形和损伤，各螺丝有无松动，弹簧垫圈有无失效。 分闸弹簧的拉力直接作用在绝缘拉杆上，使真空灭弧室的动静触头分离，它的状态 影响着分闸的速度和触头位移曲线。真空断路器分断电路时的燃弧时间短，其最大燃弧 时间不超过 1.5 个工频半波，并要求电流第一次过零时，灭弧室要有足够的绝缘强度。试 验表明，初始分闸速度越高，电弧重燃的机率越小，图 2-2 为真空灭弧室触头最佳分闸 位移曲线ms，L1 为 3mm，则初始分闸速 度为： V初 = L1 3 = = 1.5m / s t1 2 分闸弹簧的弹力要求在一定的范围内 不能太高， 也不能太低。 弹力过高会产生过 高的冲击力， 增加断路器的磨损程度， 同时 合闸时所需的功率就越大； 弹力太低了， 会 导致电弧不能可靠分断或是产生重燃。 合闸弹簧、压力弹簧（图 1-1 中的 6）状态对动触头的合闸和分闸位移曲线有很大的 影响。合闸时，因合闸弹簧的强大作用力使动触头撞向静触头，碰撞时，产生合闸弹跳， 一般要求合闸弹跳不大于 2ms。 鉴于上述原因，每年要检查合闸弹簧、分闸弹簧和压力弹簧，检查其外观有无裂纹， 有没有生锈等缺陷。 为保证 VJ-12 型真空断路器的技术性能还需要每年测量以下几个间隙或距离。关合 状态检查合闸凸轮与从动轮的间隙应在 0.5~1.0mm 之间，操动杆与分闸限位螺栓的距离 应为 12.5~13.5mm。分断状态检查分闸电磁铁铁芯与从动齿轮之间的距离应为 27.5~28.5mm。 以手动和电动方式进行数次的储能，闭合和脱扣操作，断路器的操动应正常。每年 应检查和维护一次。注意：手动合闸仅限用于机械调试和实验中。 2.4. 绝缘部件维修 每运行 1 年用干净的布擦拭绝缘板、 灭弧室的陶瓷外壳、 绝缘杆等绝缘部件， 2500V 用 的兆欧表测试主电极的绝缘电阻，应大于 500 兆欧。支撑真空灭弧室的绝缘支架受力是 比较大的，所用的材料是绝缘强度和机械强度都很高的材料，不能随便替换。有裂纹和 机械损伤时，应更换原厂生产的绝缘件。 2.5. 操作电路维修 操作电路每 3 年应检查一次，操作电压应在 DC110V±10%之间，其电源由独立的电 瓶或直流源供电，不能间断。检查各接线端子有没有金属屑或线短接，接触器和继电器 应大 的触点有无粘接和接触不良的情况。 500V 兆欧表测量操作电路对地的绝缘电阻， 用 5 于 2 兆欧。检查分闸电磁铁和合闸电磁铁有没有断线和过热烧黑的现象，分闸电磁铁加 60%的操作电压应能可靠动作，合闸电磁铁加 75%的操作电压应能动作。 2.6. 联锁功能检查 VJ-12 型真空断路器与开关柜具有严密的联锁功能，用以防止电气误操作(五防)。在 真空断路器投运前和停电大修时应检查其联锁功能。 这些联锁功能是： A) 手车进入工作位置锁定以后，真空断路器才能合闸； B) 真空断路器合闸后，手车位置联锁已经闭锁，手车不能移动； C) 二次回路插头与手车插座连接后，手车才能进入工作位置； D) 手车在工作位置时，二次回路插头不能拆离； E) 当真空断路器分闸，将手车拉出柜外之后，才可以操作接地刀闸； F) 接地刀闸合闸之后，真空断路器不能进入柜内工作位置； G) 弹簧储能未完成，线. 操作次数检查 当达到表中的 VJ-12 型真空断路器额定使用环境和条件下的操作寿命如表 2-1 所示， 操作次数时，应即时更换新的断路器，以保证电力系统的安全可靠性。 一般在巡视时，就检查操作次数，每次短路电流分断时都应该记录操作次数和短路 分断电流。 表 2-1 VJ-12 型真空断路器的工作寿命表 操作项目（机械/电） 机械操作次数 电操作次数 额定负载电流分断 额定遮断电流分断 3. VJ-12 真空断路器操作电路改进 VJ-12 真空断路器的操作电路如图 3-1 所示，操作电源分两部分，MCB2 为储能电源 的断路器，MCB1 为合闸和分闸的电源断路器。储能电机与中间继电器 88M 的两对常开 触点串联，以防止单个触点烧结时造成的储能电机长期通电的故障。中间继电器 88M 的 线圈与指示储能状态的位置开关 L.S.2 串联，储能完成时，切断储能回路。 操作寿命 10000 次 10000 次 30 次 6 图 3-1 改进前 VJ-12 型真空断路器的操作电路图 在合闸回路中，串联了断路器的位置开关 L.S.1，使真空断路器只有在试验和工作位 置才能进行合闸操作。 防跳继电器的线Y 的常闭触点、断路器辅助开关 52 的常闭触点，以及 88M 的常闭触点组成的合 闸保护电路并联。当断路器在开断状态，储能到位的情况下，接通合闸电源，即 603 端 子得电，电流经过 52Y 常闭、52 常闭、88M 常闭等触点使 52C 流过 0.83A 的工作电流， 这时 52Y 被短路，断路器合闸。合闸后 52 常闭变为分断状态，即使 603 还有电，52Y 通 过了 14mA 的工作电流，52Y 的常开分断，合闸电磁铁也因电流太小而不会动作。这样， 52Y 的接通起到了防止合闸电磁铁再次得电的可能，有效得防止了合闸回路的跳动。 图 3-1 所示的分闸回路中，分闸电磁铁 52T 与断路器辅助开关 52 的常开触点串联。 当分闸线圈断线，分闸回路断线，断路器辅助开关接触不良，插接点 T1 或 T2 接触不良 时，真空断路器分闸的功能是处在失效的状态，值班人员是无法直接观察到的。真空断 路器不能分断电路时，引起的后果和事故会是很严重的，为此，有必要将控制电路进行 改进。2002 年，我向东莞明电咨询，并提出改进方案，得到了公司和明电的认可。 改进后的电路如图 3-2 所示，合闸指示灯 RL 串联接于分闸回路中，当 RL 灯亮时， 分闸回路一定是接通的，当断路器合闸后，RL 灯不亮时，则说明分闸回路可能有故障， 提醒值班人员注意，应该检查断路器的控制电路了。 7 图 3-2 4. 结论 改进后 VJ-12 型真空断路器的操作电路图 真空断路器在使用时，还应注意操作过电压产生的危害。真空断路器在开断空载变 压器、小容量电动机等感性负载时，将发生载流过电压，重燃过电压和三相同时截流过 电压；在开断较大的感性电流（如电动机的起动电流、变压器的激磁涌流等）会发生多 次重燃过电压；在关合电容器组时会产生涌流和谐振过电压。这些过电压将会引起电机 匝间短路和电力设备的绝缘被击穿等危害。 VJ-12 型真空断路器采用铜铬合金触头， 将截 流值降到了 3A 以下， 并且与金属氧化物避雷器配合使用， 使电力设备和线路上都不会产 生较高的操作过电压。 真空断路器虽然具有很多优点，维护工作量也小，但是，维修工作不能有半点马虎 和懈怠。需要工作人员在长期的工作实践中，不断的总结和积累工作经验，把真空断路 器的优点发挥到极致。真空断路器的操作电路经过改进，降低了发生事故的风险，提高 了真空断路器的可靠性。 结 束 语 自 20 世纪 50 年代末，出现线 两种性能优异的灭弧介质和绝缘介质，并被 成功地应用到断路器领域。从此后，线 断路器逐渐树立起高压断路器市 场的主流产品地位，并占领了整个高压断路器领域。当前线kV 电压等级的范围，而 SF6 断路器应用在 72.5kV 及以上的高电压等级，但不久发现 SF6 气体经过电弧的高温分解作用后可产生剧毒的分解物，更重要的是从环境保护角度 看，SF6 气体是一种温室效应气体，它对地球温暖化系数是 CO2 的 24900 倍，而且 SF6 的气体的分子结构非常稳定，其寿命长达 3200 年。 从全球环境保护出发，1997 年在日本京都会议上提出了决议，即《联合国气候变化 框架公约京都议定书》 ，到 2030 年将禁止 SF6 气体的使用。采用环保型的断路器，如真 空断路器，是今后高压和超高压断路器发展的重要途径。 目前，有的真空断路器采用了永磁操动机构，可以实现电路的分相同步分、合闸操 作。其目的是为了减轻合闸过程中的涌流和操作过电压，分闸时还可提高开断电流的能 力。在断路器向高压和超高压发展方面，我国已生产出 126kV 的单断口真空断路器，将 两个单断口的真空灭弧室串联起来可以制造出更高电压等级的真空断路器。 由此可见，真空断路器将向着高电压等级、大分断电流和低操作过电压等方向发展， 其发展前景非常广阔，我们学会正确使用和维修真空断路器显得非常必要。 本编论文的编写，深圳市高级技工学校的老师对本文的修改提供了宝贵的意见，在 此表示衷心的感谢和致敬！ 由于编者水平有限，文中难免还存在一些缺点和错误，恳请专家和老师批评指正。 9 参 考 文 献 1．王季梅．真空开关技术与应用．北京：机械工业出版社，2007 2．刘介才．工厂供电（第 4 版） ．北京：机械工业出版社，2004 3．中华人民共和国国家经济贸易委员会发布．中华人民共和国电力行业标准 12kV~40.5kV 高压真空断路器订货技术条件 DL/T403-2000．北京：中国电力 出版社，2001 4．苑舜．真空断路器开断与关合不同负载时的操作过电压．北京：中国电力出 版社，2001 5．林莘．永磁机构与真空断路器．北京：机械工业出版社，2007 10 真空绝缘强度的比较和真空度与绝缘击穿电压的关系 附录 I 真空绝缘强度的比较和真空度与绝缘击穿电压的关系 图 I-1 线 气体 的绝缘强度比较 附录 II 图 I-2 真空度与绝缘击穿电压的关系 明电 VJ-12 型真空断路器的技术参数和规格 型真空断路器的技术参数和规格 表 II 明电 VJ-12 型真空断路器的技术参数和规格表 额定电压 额定耐压 额定电流 额定频率 额定开断电流 绝缘恢复电压 短路合闸电流 短时电流 断开时间 无载合闸时间 操作规程 合闸机构 脱扣型式 储能马达 合闸控制 分闸控制 适用标准 12kV 工频：42kV，冲击：75kV 630A 或 1250A 50 或 60Hz 25kA 0.345kV/?s 63kA 25kA-4sec 0.06s 0.04s O-3min-CO-3min-CO,O-0.3sec-CO-3min-CO,CO-15sec-CO 马达弹簧储能，手动及电动合闸。 分励脱扣 DC110V DC110V DC110V IEC56, GB1984-89 11
