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閱讀：402發(fā)布時(shí)間：2024-5-11
高壓真空斷路器被廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)的供電系統(tǒng)中，在高壓真空斷路器的使用過(guò)程中存在很多問(wèn)題，例如載流過(guò)電壓偏高、少數(shù)真空滅弧室出現(xiàn)漏氣問(wèn)題、質(zhì)量缺乏保證等。本文通過(guò)闡述高壓真空斷路器運(yùn)作的維護(hù)方法，來(lái)提升高壓真空斷路器的應(yīng)用技術(shù)。
1高壓真空斷路器應(yīng)用歷史與優(yōu)點(diǎn)
1.1高壓真空斷路器應(yīng)用歷史
真空開關(guān)在高壓領(lǐng)域里的應(yīng)用國(guó)家是英國(guó)，英國(guó)開關(guān)的額定參數(shù)是132kV13500MVA，直到20世紀(jì)末，這些開關(guān)依舊正常運(yùn)行，VCB經(jīng)濟(jì)性較差，VCB每相在使用8個(gè)斷口串聯(lián)后，額定電壓達(dá)到132kV。但是真空斷路器靜電場(chǎng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在局限，例如復(fù)雜的機(jī)構(gòu)和斷口上的電壓分配不均。
1.2高壓真空斷路器的優(yōu)點(diǎn)
一般情況下，SF6介質(zhì)強(qiáng)度高，真空斷路器比SF6斷路器能承受更高的額定恢復(fù)電壓上升率。真空開關(guān)的觸頭行程比SF6開關(guān)小。在運(yùn)動(dòng)質(zhì)量中，真空斷路器低于F6開關(guān)。低能量使得機(jī)構(gòu)損耗小，因此壽命更長(zhǎng)。
2高壓真空斷路器的使用現(xiàn)狀及技術(shù)前景
2.1高壓真空斷路器的使用現(xiàn)狀
隨著近幾年的發(fā)展，SF6的使用數(shù)量呈下降趨勢(shì)。人們?cè)诟邏侯I(lǐng)域中不斷開發(fā)VCB設(shè)備，技術(shù)人員在制造技術(shù)及設(shè)計(jì)工具等方面不斷取得進(jìn)步，單個(gè)滅弧單元的額定電壓達(dá)到145kV.所以串聯(lián)連接真空滅弧單元這一步驟不需要完成，即可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化額定耐受電壓機(jī)構(gòu)。V使得VCB設(shè)備增強(qiáng)了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在日本，上百臺(tái)額定電壓72.5kV及145kV的VVB處于運(yùn)行狀態(tài)下。近年來(lái)，科研人員研發(fā)出了高壓領(lǐng)域用的外殼接地和外殼不接地VI靶。如今，技術(shù)人員考慮將VCB用于氣體絕緣開關(guān)設(shè)備里。高壓真空斷路器發(fā)生絕緣事故主要有兩個(gè)原因：一方面是高壓斷路器的絕緣體設(shè)計(jì)不符合規(guī)范；另一方面是高壓斷路器不符合安裝規(guī)范。因此，工作人員必須重視高壓斷路器的安裝流程、檢測(cè)高壓斷路器等，杜絕絕緣事故發(fā)生，保障高壓真空斷路器正常運(yùn)行。在幾年前的博覽會(huì)上，歐洲某國(guó)展示了商業(yè)化的72.5kV的真空斷路器。我國(guó)高壓領(lǐng)域的VCB研發(fā)正在進(jìn)行中。
如今很多科研人員都把精力投放在研發(fā)高壓領(lǐng)域用的開關(guān)中。
2.2高壓真空斷路器的技術(shù)前景
SF6氣體對(duì)高壓斷路器的使用有重要意義，SF6氣體有很多特點(diǎn)，例如優(yōu)秀的熱性能、高負(fù)電性、高介質(zhì)強(qiáng)度等，可以承受熄弧和電壓的運(yùn)行，但是它會(huì)造成環(huán)境污染。高壓真空設(shè)備不會(huì)破壞環(huán)境，所以真空開關(guān)設(shè)備廣泛應(yīng)用于高壓領(lǐng)域里。在日常生活中，VCB已經(jīng)用于一些電網(wǎng)的72.5kV等級(jí)中。相信幾年后，
72.5kV和145kV等級(jí)VCB也會(huì)相繼出現(xiàn)。
3高壓真空斷路器的技術(shù)難題和設(shè)計(jì)要點(diǎn)
高壓真空斷路器技術(shù)的難點(diǎn)是：設(shè)計(jì)真空滅弧室的靜電場(chǎng)和高壓。由于導(dǎo)電粒子缺乏，真空的擊穿電壓隨間隙呈線性變化。當(dāng)電極間隙較大時(shí)，真空的擊穿電壓隨著間隙呈非線性變化。導(dǎo)致較高擊穿電壓的間隙比計(jì)劃大。間隙包括觸頭間隙、屏蔽罩的環(huán)形間隙。間隙變大后，導(dǎo)致真空滅弧尺寸比例不合適。因此，為了保證高額定電壓，早期使用真空滅弧室串聯(lián)連接。真空斷路器的尺寸為了處于合理范圍中，必須減少微觀及宏觀場(chǎng)的增強(qiáng)因素。通過(guò)使用多重屏蔽的方式，可以減少幾何場(chǎng)增加因素。真空斷路器通過(guò)使用中心屏蔽罩，來(lái)阻止電弧產(chǎn)生的沉淀物。附加屏蔽罩又稱輔助屏蔽罩，通過(guò)使用附加屏蔽罩，來(lái)減少幾何場(chǎng)增加因素。使用特殊結(jié)構(gòu)的復(fù)合屏蔽罩，可以有效減少屏蔽罩及觸頭中的環(huán)形間隙、真空斷路器整體尺寸。目前，通過(guò)使用現(xiàn)代靜電場(chǎng)分析輔助軟件，可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的減少。觸頭、屏蔽罩表面的微小粒子及粗糙度會(huì)增加微觀場(chǎng)。為了實(shí)現(xiàn)微觀場(chǎng)增加因素和應(yīng)力減少，在冶煉過(guò)程里需要燒盡微小粒子。磁場(chǎng)變化后，真空電弧隨之改變。布置軸向磁場(chǎng)保持電弧擴(kuò)散的狀態(tài)，AMF經(jīng)過(guò)觸頭系統(tǒng)而出現(xiàn)。在間隙中心中，磁場(chǎng)強(qiáng)度非常重要，通過(guò)距離的擴(kuò)大，磁場(chǎng)強(qiáng)度減小，所以間隙中心處的AMF強(qiáng)度變小。耐受電壓真空斷路器需要較大的觸頭間隙。例如，為了設(shè)置開斷電流性能，需要配置小的觸頭間隙。經(jīng)過(guò)靜電場(chǎng)及幾何電磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)，可以解決這種相反需求。當(dāng)AMF降低，超出間隙12mm時(shí)，動(dòng)觸頭需要快速運(yùn)動(dòng)，直至超過(guò)12mm后，再將速度減小。這樣可以保障磁場(chǎng)不會(huì)被減弱。技術(shù)人員在高壓真空斷路器的使用過(guò)程中，可能會(huì)遇到一些問(wèn)題，技術(shù)人員要理性面對(duì)這些問(wèn)題，以合理的手段進(jìn)行處理，而不能置之不理，否則將可能損壞高壓真空斷路器的性能。在設(shè)備運(yùn)行之前，技術(shù)人員應(yīng)做好對(duì)高壓真空斷路器的檢查工作，防患于未然。電抗器開合是高壓真空斷路器的技術(shù)難點(diǎn)之一，當(dāng)處于較高電壓的環(huán)境里，電抗器阻抗力更大，導(dǎo)致設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中引起更高的過(guò)電壓。如今，高壓真空斷路器滅弧室的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)不成熟，很多科研人員對(duì)在線監(jiān)測(cè)這一技術(shù)仍處于研發(fā)階段。在實(shí)際使用過(guò)程中，滅弧室斷口定期的工頻耐壓成為判斷真空斷路器斷口間絕緣介質(zhì)強(qiáng)度的條件。為了保障高壓真空斷路器的正常工作，技術(shù)人員在高壓真空斷路器的檢修過(guò)程里，必須重點(diǎn)檢查高壓真空斷路器滅弧室工頻耐壓環(huán)節(jié)。開合容性電流是高壓真空斷路器的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，解決措施是利用受控開合技術(shù)。行程小會(huì)出現(xiàn)機(jī)械分散性低的情況，所以VCB在使用控制開合環(huán)節(jié)較為容易。為了優(yōu)化高壓真空斷路器的性能，中壓方面開發(fā)出了觸頭材料。在電流截流及電流開斷的環(huán)節(jié)中，科研人員需要研發(fā)出一種新觸頭材料，從而提升觸頭質(zhì)量。由于高壓斷路器有更大行程，科研人員需要設(shè)計(jì)波紋管。另外，波紋管的壽命被較長(zhǎng)行程所影響。電氣傳導(dǎo)可以消耗真空斷路器的熱量，研發(fā)出更高的額定電流可以提升真空斷路器的質(zhì)量。
4高壓真空斷路器的應(yīng)用技術(shù)
4.1合理選擇高壓真空斷路器的電氣壽命高壓真空斷路器電氣壽命的概念：設(shè)備技術(shù)條件中規(guī)定的和型式試驗(yàn)中實(shí)際進(jìn)行的滿容量開斷次數(shù)。技術(shù)人員在設(shè)備的實(shí)際使用中，不能對(duì)高壓真空斷路器觸頭做維修更替工作，因此高壓真空斷路器必須有較長(zhǎng)的電氣壽命。如今，新一代真空滅弧室使用銅鉻觸頭及縱向磁場(chǎng)電極材料?？v向磁場(chǎng)電極有效降低了電弧電壓。為了電弧在觸頭表面分配均勻，銅鉻觸頭材料減少了觸頭燒損量，從而延長(zhǎng)了高壓真空斷路器的電氣壽命。隨著科技的進(jìn)步，我國(guó)在高壓真空斷路器的使用性能不斷提高，穩(wěn)定性不斷增強(qiáng)。
4.2高壓真空斷路器的溫升
影響溫升的熱源主要是回路電阻，一般情況下，滅弧室的回路電阻占了高壓真空斷路器回路電阻的較大比例。觸頭間隙接觸電阻作為真空滅弧室回路電阻的組成部分之一，產(chǎn)生的熱量經(jīng)過(guò)動(dòng)、靜導(dǎo)電桿來(lái)向外界散熱，這是因?yàn)橛|頭系統(tǒng)位于真空滅弧室的環(huán)境里。真空滅弧室靜端連接著靜支架，動(dòng)端連接著動(dòng)支架。當(dāng)動(dòng)端向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，有散熱的作用，動(dòng)端連接的環(huán)節(jié)多，因此導(dǎo)熱路徑比較長(zhǎng)。在日常生活中，通過(guò)靜端的使用，可以起到很好的散熱作用。當(dāng)觸頭間隙熱量較多時(shí)，從靜端位置導(dǎo)出，這一方法有效解決了設(shè)備溫升較高的問(wèn)題。
4.3真空滅弧室的漏氣問(wèn)題
通常情況下，真空滅弧室的波紋管采用的材料是0.15mm厚度的不銹鋼。如果高壓真空斷路器的應(yīng)用環(huán)境選擇不到位，高壓真空斷路器的波紋管會(huì)被腐蝕，導(dǎo)致蓋板位置與波紋管出現(xiàn)漏氣的情況。為了有效解決真空滅弧室的漏氣問(wèn)題，技術(shù)人員需要合理調(diào)整高壓真空斷路器同心度的位置，選擇正確的儲(chǔ)存環(huán)境。
4.4重視高壓真空斷路器機(jī)械參數(shù)調(diào)整
通常情況下，我國(guó)高壓真空斷路器的使用壽命在10000~20000次之間，科研人員正在進(jìn)行將高壓真空斷路器的使用壽命提高到30000~40000次的研發(fā)工作。電磁的優(yōu)點(diǎn)有很多，例如性能可靠、調(diào)整維修方便、機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等，因此被人們廣泛運(yùn)用。另外，有些區(qū)域習(xí)慣使用電動(dòng)彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)。操動(dòng)機(jī)構(gòu)屬于高壓真空斷路器設(shè)備里最復(fù)雜的部分，當(dāng)前很多生產(chǎn)商的技術(shù)條件無(wú)法滿足操動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度要求。為了提升高壓真空斷路器的質(zhì)量，我國(guó)科研人員對(duì)此進(jìn)行了大量的研發(fā)工作，例如在高壓真空斷路器中采用了分裝式的結(jié)構(gòu)方法。操作原理是：首先把斷路器和操動(dòng)機(jī)構(gòu)兩部分分離；其次由條件設(shè)備良好的工廠生產(chǎn)操動(dòng)機(jī)構(gòu)；最后把機(jī)構(gòu)的斷路器與輸出軸合成。機(jī)械參數(shù)的合理設(shè)置可以提高高壓真空斷路器的使用壽命，同時(shí)還可以增加高壓真空斷路器的實(shí)用性能，因此調(diào)整合適的機(jī)械參數(shù)可以有效提升高壓真空斷路器的實(shí)用性能。通常情況下，緩沖距離擴(kuò)大，會(huì)出現(xiàn)緩沖特性變陡的情況，經(jīng)過(guò)分離能量的吸收后，可以有效限制分閘行程及分聞反彈。
4.5提高高壓真空斷路器動(dòng)作的可靠性為了提高高壓真空斷路器動(dòng)作的可靠性，技術(shù)人員需要做到以下四點(diǎn)：，熟悉了解高壓真空斷路器的基本結(jié)構(gòu)，清楚高壓真空斷路器的各項(xiàng)參數(shù)，在使用設(shè)備的過(guò)程里，技術(shù)人員需要與生產(chǎn)商保持聯(lián)系，在日常生活中，技術(shù)人員還需不斷學(xué)習(xí)高壓真空斷路器的技術(shù)；第二，技術(shù)人員需要負(fù)責(zé)高壓真空斷路器機(jī)械參數(shù)的調(diào)試工作，同時(shí)負(fù)責(zé)調(diào)整高壓真空斷路器的各項(xiàng)參數(shù)，保障高壓真空斷路器的正常使用；第三，在管理備品備件的過(guò)程中，技術(shù)人員需要保障備品備件性能指標(biāo)的實(shí)用性；第四，技術(shù)人員需要總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，與生產(chǎn)商團(tuán)結(jié)協(xié)作，從而提升真空斷路器的可靠性。
5結(jié)語(yǔ)
綜上所述，高壓真空斷路器是當(dāng)代供電系統(tǒng)中廣泛使用的一種類型，其具有很多優(yōu)點(diǎn)。真空屬于絕緣介質(zhì)，介電強(qiáng)度十分高，在高壓領(lǐng)域里，真空開斷技術(shù)發(fā)展前景好。由于一些技術(shù)難題，高壓真空斷路器的應(yīng)用受到了限制，這就要求技術(shù)人員根據(jù)具體情況，結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)制定合理的方案，設(shè)置好高壓真空斷路器中的參數(shù)，只有這樣才能保證高壓真空斷路器的質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[1]趙洋，劉漢宇，曾慶軍.高壓真空斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研制[].
高壓電器，2009，（6）.
[2]魏本記.對(duì)于高壓真空斷路器機(jī)械特性測(cè)試的探討
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