10kV配电系统选用真空断路器的分析_廖学勤_电子/电路_工程科技_专业资料。1998年第 7期 华东电力 41 10 kV配电系统选用真空断路器的分析 上海市电力工业局教育培训中心 (上海 200432)廖学勤 杨全德 摘 要 在 10 kV 配电系统
1998年第 7期 华东电力 41 10 kV配电系统选用真空断路器的分析 上海市电力工业局教育培训中心 (上海 200432)廖学勤 杨全德 摘 要 在 10 kV 配电系统中 , 真空断路器的运 用范围愈来愈大 , 它具有少油量 断路器无法比拟的 优势 。 对 真空断路器的运行性 、经济性和技术措施等方 面进行了分析 。 关键词 10 kV 配 电系统 真空断路器 运行分析 为了提高供电可靠性、 电能质量和降低线 损 , 通常在负荷比较集中的配电站安装补偿电 容器组以提高功率因素 ,尤其是 10 kV～ 60 kV 电网 ,要根据负荷变化和运行方式的调整 , 使用 断路器对空载电缆 、架空线路、电力变压器和电 容器组等进行频繁的切换。 由于实际运行中开 断电路往往会产生操作过电压 , 以致电网中设 备绝缘受到威胁 , 于是愈来愈注重对断路器的 选择使用。 SN10- 10 等少油断路器不适宜频繁操作 。 用无油断路器取代少油断路器是配电系统 断路器配置的必然趋势。 现在国内外大力推广 两种无油断路器 : 线 断路器 。在 高压领域 ( 35 kV～ 500 kV ) , SF6 断路器得到广 泛应用 , 而在中压领域 ( 10 kV～ 35 kV )真空断 路器占有较大优势。 据国外有关统计资料表明 , 90年代以 来 , 10 kV 真空断路器 的产量以高于 20 % 的 速率 增长 。按断路器各类产品比例来看 , 1996年 , 10 kV 断 路 器 产 量 中 真 空 断 路 器 约 占 产 量 的 70 % , 而少油断路器只占 15 %。 1 从多油到少油到无油 在 10 kV 以上的配电系统中 , 过去常用多 油断路器 , 而在 10 kV 配 电系统中 , 少油断路 器逐步取代多油断路器 , 并得到广泛地应用 , 然 而少油断路器又 不适应城市配电网的技术要 求 。这是由于 : ( 1) 少油断路器使用的是可燃的 灭弧介质 ,存在着油质的碳化受潮等问题 , 且有 着火爆炸的危险 ; ( 2) 少油断路器维修工作量 大 、维修费用高 ; ( 3) 少油断路器不适应 10 kV 系统中并联补偿电容器组频繁操作的要求 。 断路器的灭弧原理分为它能式和自能式 , 它能式断路器灭弧能力与开断电路的电流大小 有关。 油断路器采用的是自能式灭弧原理 , 当断 开电路 , 尤其是断开容性或感性小电流时 , 灭弧 性能较差 ,介质强度恢复慢 , 容易出现复燃与重 击穿 ,从而产生较高的过电压。 尽管国产的 35 kV 等级油断路器在结构 上采用了专门的压油活塞特殊装置来改善小电 流灭 弧性能和 提高介质 强度恢复 速度 , 但 35 kV 以 下的 油 断路 器 没 有此 套 装 置 , 故类 似 2 线 运行性 真空断路器之触头是在高真空状态下切断 和闭合电路 , 出厂线 Pa, 运行 中不低于 10- 2 Pa , 在这种高真空状态下 , 气体 分子的自由路程极长 , 达到 0. 25 m 以上 , 比动 静触头间距离 (开距 )还要大一个数量级 , 因此 碰撞游离现象很弱 , 所以真空间隙的绝缘强度 非常高。 在均匀电场下 , 空气间隙的工频耐压约为 3 ～ 4 kV /m m, 而高线 kV /mm , 两者相差一个数量级 。 真空绝缘强度从击穿电压与气隙的变化曲 线 气体高很多。真空断路器在开 断电流时 , 真空中金属蒸汽离子的再复合和向 电弧区外的发散是一个非常快速的过程 , 其弧 隙介质恢复速度极高 , 在电弧电流过零后几个 - 4 42 华东电力 1998 年第 7 期 微秒内电弧随即熄灭。 在极短时间内灭弧室已 经恢复到可以重新跳合闸的状态 , 并且第二次 分闸并不降低开断能力 。 所以 ,真空断路器允许 多次重合闸 , 尤其对切断容性电流的性能特别 好。 2. 2 经济性 线) 体积小 、重量轻、 触头开距小 、运动部 件质量小、需要的合分闸操作功率小 ; 相应匹配 的配电装置体积小 、重量轻 。 ( 2) 电气寿命和机械寿命长 , 机械寿命可 达少油断路器的 10 倍 , SF6 断路器的 4 倍 , 额 定开断电流的操作寿命可达数十次。 ( 3) 结构简单 、维修量小 , 在有频繁操作要 求的场合更有利。 ( 4) 工作中不产生高压气体和有毒气体 , 触头被封闭在真空灭弧室内 , 触头间电弧不会 引起火灾 , 没有爆炸的危险 , 也不会污染环境 , 这对于进入高层建筑的变电站更为合适。 触头材料也采用性能优异的铜铬触头材料和纵 磁场结构 , 具有开断能力大、 截流值小、 重燃率 低的优点 。 另外 , 也可用 R C 阻容回路或氧化锌避雷 器等降低或防止过电压 , 氧化锌避雷器只能限 制过电压的幅值 ,不能降低过电压的上升陡度。 RC 阻容回路可限制截流过电压的幅值 , 也可 降低多次重燃过电压的上升陡度。 3. 2 切断电容性负载过电压 切断电容器组过电压是断路器发生电弧重 燃引起 ,真空断路器在开断电流时 , 其绝缘强度 恢复速度是极快的 , 一般不会产生电弧重燃 , 因 此其切断容性电流性能比较好 , 原则上所有出 厂的灭弧室都应具有开、 合电容器组而无重燃 的能力。 国内有的产品在试验中开合电容器组无重 燃现象 , 但批量生产的开关在运行中部分出现 重燃 , 主要是制造厂没有严格执行工艺规程 , 影 响产品性能所致。 采用氧化锌避雷器也是一种 防止过电压的措施。 另外 , 对用于切、 合电容器组的开关 , 应要 求制造厂经过严格的工艺处理 , 以防止切合操 作中的重燃。 3. 3 10 kV 真空断路器的生产现状 自本世纪 20 年代制造出最早的真空灭弧 室以来 , 真空断路器的性能在不断的完善和提 高。 国外 10 kV 真空断路器最大工作电 流可 达 3 150 A, 最大开断电流可达 40 k A, 电气寿 命几千次 、机械寿命上万次。 生产厂有三菱 、西 门子 、 ABB 、通用电气、西屋电气等公司 。 国内 10 kV 真空断路器的生产厂家 也不 少 ,生产水平已接近或达到国际水平。 经西高所 颁发许可证的 ZN - 10 断路器已超过 20种 , 不 少生产厂 能制造额 定电流 1. 25, 1. 6, 2, 2. 5, 3. 15 kA,开断电流为 20, 25, 31. 5, 40 k A的真 空断路器 , 技术性能基本上已能适应 10 kV 配 电网的需求。 (收稿日期 1998-01-24) 3 技术改进和生产现状 3. 1 对操作过电压的抑制措施 真空断路器在切断小电感负载 (比如空载 变压器 )时有可能产生截流过电压。 这是因为在 小电弧情况下 , 为了维持电弧阴极辉点必须有 适当的电子发射 , 同时阴极附近应有适当的金 属蒸汽密度 , 这需要某一最小电流值 。 电弧电流 在此值以下时 , 阴极辉点变得不稳定而发生截 流。 当切断感性负载时产生操作过电压 ,其值与 截流值大小有关。 防止截流过电压的措施 , 一般选用截流值 较小的真空断路器 , 截流值主要与电极材料有 关。 90年代世界各国发展在铜、 铬材料中添加 高蒸汽压金属新元素而成为铜铋 ( Cu-Bi )、 铜铋 铈 ( Cu-Bi-Ce)、铜碲 ( Cu-T e)、铜铟 ( Cu-In)、铜 铬 ( Cu -Cr )等合金触头 。使截流电流降低到 2. 5 A 以下 , 以便适应限制过电压的要求。 如贵州 宇光电工厂生产的断流量 40 k A 真空灭弧室
