真空斷路器的原理與維修18052

1、隨著電力系統(tǒng)的迅猛發(fā)展， 10KV 真空斷路器在我國已經(jīng)大批量地生產(chǎn)和使用。對于我們一線檢修人員來說，提高對真空斷路器的認(rèn)識，加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)，使其安全運(yùn)行，成了一個迫在眉睫的問題。本文以 ZW27 12 為例，簡要說明真空斷路器的原理與維修。 一：真空的絕緣特性 真空具有很強(qiáng)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(qiáng)電場作用下由電極析出的金屬質(zhì)點(diǎn)才是引起絕緣破壞的主要因素。 真空間隙中的絕緣強(qiáng)度不僅與間隙的大小，電場的均勻程度有關(guān)，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

2、隙( 23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(jī)械強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度)和金屬材料的熔點(diǎn)上?？估瓘?qiáng)度和熔點(diǎn)越高，電極在真空下的絕緣強(qiáng)度越高。 實(shí)驗(yàn)表明，真空度越高，氣體間隙的擊穿電壓越高，但在 10-4托以上，就基本保持不變了，所以，要保持真空滅弧室的絕緣強(qiáng)度， 其真空度應(yīng)不低于 10-4托。 二：真空中電弧的形成與熄滅 真空電弧和我們以前學(xué)習(xí)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

3、特點(diǎn)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(diǎn)，從陰極斑點(diǎn)上大量地蒸發(fā)金屬蒸汽，其中的金屬原子和帶電質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)不斷地向外擴(kuò)散，電極也不斷的蒸發(fā)新的質(zhì)點(diǎn)來補(bǔ)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(diǎn)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(kuò)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(yán)重發(fā)熱，形成很強(qiáng)的集聚型的弧柱。同時，電動力

4、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(yán)重，電流過零以后仍然蒸發(fā)，介質(zhì)恢復(fù)困難，不能斷開電流。   三：斷路器的結(jié)構(gòu)和工作原理 真空斷路器的生產(chǎn)廠家比較多，型號也較繁雜。按使用條件分為戶內(nèi)( ZNx*)和戶外(ZWx*)兩種類型。主要由框架部分，滅弧室部分(真空泡)，和操動機(jī)構(gòu)部分組成。 下面以浙江華儀電器科技股份有限公司生產(chǎn)的 ZW2712型戶外高壓真空斷路器為例，說明其結(jié)構(gòu)與工作原理。 斷路器本體結(jié)構(gòu)如圖一 斷路器本體部分由導(dǎo)電回路，絕緣系統(tǒng)，密封件和殼

5、體組成。整體結(jié)構(gòu)為三相共箱式。其中導(dǎo)電回路由進(jìn)出線導(dǎo)電桿，進(jìn)出線絕緣支座，導(dǎo)電夾，軟連接與真空滅弧室連接而成。 操作機(jī)構(gòu)如圖二 此機(jī)構(gòu)為電動儲能，電動分合閘，同時具有手動功能。整個結(jié)構(gòu)由合閘彈簧，儲能系統(tǒng)，過流脫扣器，分合閘線圈，手動分合閘系統(tǒng)，輔助開關(guān)，儲能指示等部件組成。 3.工作原理 真空斷路器利用高真空中電流流過零點(diǎn)時，等離子體迅速擴(kuò)散而熄滅電弧，完成切斷電流的目的。 4動作原理 儲能過程：當(dāng)儲能電機(jī) 14接通電源時，電機(jī)帶動偏心輪轉(zhuǎn)動，通過緊靠在偏心輪上的滾子10帶動拐臂9及連板7擺動，推動儲能棘爪6擺動，使棘輪11轉(zhuǎn)動，當(dāng)棘輪11上的銷與儲能軸套32的板靠住以后，二者一起運(yùn)動，使掛

6、在儲能軸套上32上的合閘彈簧21拉長。儲能軸套32由定位銷13固定，維持儲能狀態(tài)，同時，儲能軸套32上的拐臂推動行程開關(guān)5切斷儲能電機(jī)14的電源，并且儲能棘爪被抬起，與棘輪可靠脫離。 合閘操作過程：當(dāng)機(jī)構(gòu)接到合閘信號后(開關(guān)處于斷開，已儲能狀態(tài))，合閘電磁鐵 15的鐵心被吸向下運(yùn)動，拉動定位件13向逆時針方向轉(zhuǎn)動，解除儲能維持，合閘彈簧21帶動儲能軸套32逆時針方 向轉(zhuǎn)動，其凸輪壓動傳動軸套 30，帶動連板29及搖臂27運(yùn)動，使搖臂27扣住半軸25，使機(jī)構(gòu)處于合閘狀態(tài)。此時，連鎖裝置28鎖住定位件，使定位牛不能逆時針方向轉(zhuǎn)動，達(dá)到機(jī)構(gòu)聯(lián)銷的目的，保證了機(jī)構(gòu)在合閘位置不能合閘操作。 分閘操作過程

7、：斷路器合閘后，分閘電磁鐵接到信號，鐵芯吸合，分閘脫扣器 19中的頂桿向上運(yùn)動，使脫扣軸16轉(zhuǎn)動，帶動頂桿18向上運(yùn)動，頂動彎板26并帶動半軸25向反時針方向轉(zhuǎn)動。半軸25與搖臂27解扣，在分閘彈簧的作用下，斷路器完成分閘操作。 四 .斷路器的調(diào)試 開距與超行程 斷路器的開距與超行程的測量可以根據(jù)圖三所示，在分合閘狀態(tài)測量出的 X值之差為斷路器的開距，Y值之差為斷路器的超行程。調(diào)整的方法為放長或縮短絕緣操作桿3或機(jī)構(gòu)與主軸的連桿。 分合閘機(jī)構(gòu)調(diào)整 1.搖臂 27與半軸25的扣接量為1.52.5mm,可以通過調(diào)整螺釘24來實(shí)現(xiàn)。 2.傳動軸套 30轉(zhuǎn)動最大角時，搖臂27與半軸間要有1.52mm的

8、間隙，以保證傳動軸套回落到合閘位置時，搖臂27能自動扣接到半軸 25上，可以通過螺釘31的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。 3.輔助開關(guān) 2的轉(zhuǎn)換應(yīng)準(zhǔn)確可靠，可以通過調(diào)整輔助開關(guān)2的拐臂3位置及位桿4的長短來實(shí)現(xiàn)。 4.在儲能過程中，當(dāng)棘爪到達(dá)最后一個齒的最高點(diǎn)時，應(yīng)能保證儲能軸套 32上的拐臂使行程開關(guān)的觸點(diǎn)可靠切換，切斷電機(jī)電源，可以通過調(diào)整行程開關(guān)5的上下前后位置來實(shí)現(xiàn)。5.調(diào)整分閘合閘彈簧的預(yù)拉長度，保證斷路器的可靠分合，且分合閘速度達(dá)到規(guī)定值。 五 .斷路器的控制回路 在我省的農(nóng)網(wǎng) 35KV標(biāo)準(zhǔn)化變電站中，采用了控制母線和合閘母線分開的原則。在這里，我建議把控制回路做一點(diǎn)小改進(jìn)。如圖3： 在短路器的輔助

9、常閉接點(diǎn)與合閘線圈之間，把斷路器儲能行程開關(guān)的一對常開接點(diǎn)串聯(lián)進(jìn)控制回路。這樣，在斷路器未儲能的情況下，將不能進(jìn)行合閘操作。防止了在斷路器未儲能的情況下合閘，合閘回路保持，燒毀合閘線圈。 同時，在接線的過程中，要注意儲能行程開關(guān)接點(diǎn)中合閘母線與控制母線的極性要一致，防止出現(xiàn)在開關(guān)蓄能時，合閘回路的電弧擊穿行程開關(guān)，造成控制保險(xiǎn)的熔斷或控制空氣開關(guān)的掉閘。這一點(diǎn)在綜合自動化變電站上要特別注意。 圖4 六 .運(yùn)行維護(hù)與檢修試驗(yàn) 真空斷路器的燃弧時間短，絕緣強(qiáng)度高，電氣壽命也較高，觸頭的開距與行程小，操作的能量小，因此，機(jī)械壽命也較高。在日常的運(yùn)行中，維護(hù)工作量很小，主要檢查機(jī)構(gòu)的運(yùn)動部件磨損情況，

10、緊固件有無松動，清除絕緣表面的灰塵，在活動部位注入一些潤滑脂等。 在春檢預(yù)防性試驗(yàn)中，對開關(guān)的直流電阻測試要與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)問題及時處理更換，對斷口的工頻耐壓試驗(yàn)，是檢驗(yàn)真空 泡是否漏氣的有效方法。(戶內(nèi)真空斷路器可以借鑒斷開負(fù)荷時，真空泡內(nèi)閃光的顏色來初步判斷真空泡的真空度，顏色暗紅時表明真空度降低，顏色淡藍(lán)時，表明真空度良好) 保護(hù)定植校驗(yàn)時，對斷路器做低電壓掉合閘試驗(yàn)，檢驗(yàn)開關(guān)在母線故障狀態(tài)時，電壓降低時動作是否可靠。隨著電力系統(tǒng)的迅猛發(fā)展， 10KV 真空斷路器在我國已經(jīng)大批量地生產(chǎn)和使用。對于我們一線檢修人員來說，提高對真空斷路器的認(rèn)識，加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)，使其安全運(yùn)行，成了一個迫

11、在眉睫的問題。本文以 ZW27 12 為例，簡要說明真空斷路器的原理與維修。 一：真空的絕緣特性 真空具有很強(qiáng)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(qiáng)電場作用下由電極析出的金屬質(zhì)點(diǎn)才是引起絕緣破壞的主要因素。 真空間隙中的絕緣強(qiáng)度不僅與間隙的大小，電場的均勻程度有關(guān)，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( 23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(jī)械強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)

12、度)和金屬材料的熔點(diǎn)上?？估瓘?qiáng)度和熔點(diǎn)越高，電極在真空下的絕緣強(qiáng)度越高。 實(shí)驗(yàn)表明，真空度越高，氣體間隙的擊穿電壓越高，但在 10-4托以上，就基本保持不變了，所以，要保持真空滅弧室的絕緣強(qiáng)度， 其真空度應(yīng)不低于 10-4托。 二：真空中電弧的形成與熄滅 真空電弧和我們以前學(xué)習(xí)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(diǎn)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(diǎn)，從陰極斑點(diǎn)上大量地蒸發(fā)金屬蒸

13、汽，其中的金屬原子和帶電質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)不斷地向外擴(kuò)散，電極也不斷的蒸發(fā)新的質(zhì)點(diǎn)來補(bǔ)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(diǎn)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(kuò)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(yán)重發(fā)熱，形成很強(qiáng)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)

14、熱嚴(yán)重，電流過零以后仍然蒸發(fā)，介質(zhì)恢復(fù)困難，不能斷開電流。   三：斷路器的結(jié)構(gòu)和工作原理 真空斷路器的生產(chǎn)廠家比較多，型號也較繁雜。按使用條件分為戶內(nèi)( ZNx*)和戶外(ZWx*)兩種類型。主要由框架部分，滅弧室部分(真空泡)，和操動機(jī)構(gòu)部分組成。 下面以浙江華儀電器科技股份有限公司生產(chǎn)的 ZW2712型戶外高壓真空斷路器為例，說明其結(jié)構(gòu)與工作原理。 斷路器本體結(jié)構(gòu)如圖一 斷路器本體部分由導(dǎo)電回路，絕緣系統(tǒng)，密封件和殼體組成。整體結(jié)構(gòu)為三相共箱式。其中導(dǎo)電回路由進(jìn)出線導(dǎo)電桿，進(jìn)出線絕緣支座，導(dǎo)電夾，軟連接與真空滅弧室連接而成。 操作機(jī)構(gòu)如圖二 此機(jī)構(gòu)為電動儲能，電動分合閘，同時具

15、有手動功能。整個結(jié)構(gòu)由合閘彈簧，儲能系統(tǒng)，過流脫扣器，分合閘線圈，手動分合閘系統(tǒng)，輔助開關(guān)，儲能指示等部件組成。 3.工作原理 真空斷路器利用高真空中電流流過零點(diǎn)時，等離子體迅速擴(kuò)散而熄滅電弧，完成切斷電流的目的。 4動作原理 儲能過程：當(dāng)儲能電機(jī) 14接通電源時，電機(jī)帶動偏心輪轉(zhuǎn)動，通過緊靠在偏心輪上的滾子10帶動拐臂9及連板7擺動，推動儲能棘爪6擺動，使棘輪11轉(zhuǎn)動，當(dāng)棘輪11上的銷與儲能軸套32的板靠住以后，二者一起運(yùn)動，使掛在儲能軸套上32上的合閘彈簧21拉長。儲能軸套32由定位銷13固定，維持儲能狀態(tài)，同時，儲能軸套32上的拐臂推動行程開關(guān)5切斷儲能電機(jī)14的電源，并且儲能棘爪被抬起

16、，與棘輪可靠脫離。 合閘操作過程：當(dāng)機(jī)構(gòu)接到合閘信號后(開關(guān)處于斷開，已儲能狀態(tài))，合閘電磁鐵 15的鐵心被吸向下運(yùn)動，拉動定位件13向逆時針方向轉(zhuǎn)動，解除儲能維持，合閘彈簧21帶動儲能軸套32逆時針方 向轉(zhuǎn)動，其凸輪壓動傳動軸套 30，帶動連板29及搖臂27運(yùn)動，使搖臂27扣住半軸25，使機(jī)構(gòu)處于合閘狀態(tài)。此時，連鎖裝置28鎖住定位件，使定位牛不能逆時針方向轉(zhuǎn)動，達(dá)到機(jī)構(gòu)聯(lián)銷的目的，保證了機(jī)構(gòu)在合閘位置不能合閘操作。 分閘操作過程：斷路器合閘后，分閘電磁鐵接到信號，鐵芯吸合，分閘脫扣器 19中的頂桿向上運(yùn)動，使脫扣軸16轉(zhuǎn)動，帶動頂桿18向上運(yùn)動，頂動彎板26并帶動半軸25向反時針方向轉(zhuǎn)動。

17、半軸25與搖臂27解扣，在分閘彈簧的作用下，斷路器完成分閘操作。 四 .斷路器的調(diào)試 開距與超行程 斷路器的開距與超行程的測量可以根據(jù)圖三所示，在分合閘狀態(tài)測量出的 X值之差為斷路器的開距，Y值之差為斷路器的超行程。調(diào)整的方法為放長或縮短絕緣操作桿3或機(jī)構(gòu)與主軸的連桿。 分合閘機(jī)構(gòu)調(diào)整 1.搖臂 27與半軸25的扣接量為1.52.5mm,可以通過調(diào)整螺釘24來實(shí)現(xiàn)。 2.傳動軸套 30轉(zhuǎn)動最大角時，搖臂27與半軸間要有1.52mm的間隙，以保證傳動軸套回落到合閘位置時，搖臂27能自動扣接到半軸 25上，可以通過螺釘31的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。 3.輔助開關(guān) 2的轉(zhuǎn)換應(yīng)準(zhǔn)確可靠，可以通過調(diào)整輔助開關(guān)2的拐

18、臂3位置及位桿4的長短來實(shí)現(xiàn)。 4.在儲能過程中，當(dāng)棘爪到達(dá)最后一個齒的最高點(diǎn)時，應(yīng)能保證儲能軸套 32上的拐臂使行程開關(guān)的觸點(diǎn)可靠切換，切斷電機(jī)電源，可以通過調(diào)整行程開關(guān)5的上下前后位置來實(shí)現(xiàn)。5.調(diào)整分閘合閘彈簧的預(yù)拉長度，保證斷路器的可靠分合，且分合閘速度達(dá)到規(guī)定值。 五 .斷路器的控制回路 在我省的農(nóng)網(wǎng) 35KV標(biāo)準(zhǔn)化變電站中，采用了控制母線和合閘母線分開的原則。在這里，我建議把控制回路做一點(diǎn)小改進(jìn)。如圖3： 在短路器的輔助常閉接點(diǎn)與合閘線圈之間，把斷路器儲能行程開關(guān)的一對常開接點(diǎn)串聯(lián)進(jìn)控制回路。這樣，在斷路器未儲能的情況下，將不能進(jìn)行合閘操作。防止了在斷路器未儲能的情況下合閘，合閘回路保持，燒毀合閘線圈。 同時，在接線的過程中，要注意儲能行程開關(guān)接點(diǎn)中合閘母線與控制母線的極性要一致，防止出現(xiàn)在開關(guān)蓄能時，合閘回路的電弧擊穿行程開關(guān)，造成控制保險(xiǎn)的熔斷或控制空氣開關(guān)的掉閘。這一點(diǎn)在綜合自動化變電站上要特別注意。 圖4 六 .運(yùn)行維護(hù)與檢修試驗(yàn) 真空斷路器的燃弧時間短，絕