王龙
济南轨道交通集团 山东济南 250000
摘要：较之传统的油断路器而言,真空断路器具有很大的优势,这些优势主要体现在真空断路器适合频繁操作、不存在火灾风险、具有较高运行可靠性以及机电寿命长和结构简单等特点上面。鉴于这些优势,真空断路器广泛应用于10kV及以下电压等级的配电网络中。此外,真空断路器还有免维护设备的称号,但是这一称号并不意味着真空断路器的维修率为零,只是相对其他断路器而言较少而已,近年来,随着真空断路器的应用容易广泛,其故障的发生率也就随之增加,继而影响了电网运行的稳定性和安全性。
关键词：真空断路器；检修调试；应用
1 真空的绝缘特性
真空具有很强的绝缘特性,在真空断路器中,气体非常稀薄,气体分子的自由行程相对较大,发生相互碰撞的几率很小,因此,碰撞游离不是真空间隙击穿的主要原因,而在高强电场作用下由电极析出的金属质点才是引起绝缘破坏的主要因素。
真空间隙中的绝缘强度不仅与间隙的大小,电场的均匀程度有关,而且受电极材料的性质及表面状况的影响较大。真空间隙在较小的距离间隙(2~3mm)情况下,有比高压力空气与SF6气体高的绝缘特性,这就是真空断路器的触头开距一般不大的原因。
电极材料对击穿电压的影响主要表现在材料的机械强度(抗拉强度)和金属材料的熔点上。抗拉强度和熔点越高,电极在真空下的绝缘强度越高。
2 真空中电弧的形成与熄灭
真空电弧和我们以前学习的气体电弧放电现象有很大的差别,气体的游离现象不是产生电弧的主要因素,真空电弧放电是在触头电极蒸发出来的金属蒸汽中形成的。同时,开断电流的大小不同,电弧表现的特点也不同。我们一般把它分为小电流真空电弧和大电流真空电弧。
2.1小电流真空电弧
触头在真空中开断时,产生电流和能量十分集聚的阴极斑点,从阴极斑点上大量地蒸发金属蒸汽,其中的金属原子和带电质点的密度都很高,电弧就在其中燃烧。同时,弧柱内的金属蒸汽和带电质点不断地向外扩散,电极也不断的蒸发新的质点来补充。在电流过零时,电弧的能量减小,电极的温度下降,蒸发作用减少,弧柱内的质点密度降低,最后,在过零时阴极斑消失,电弧熄灭。有时,蒸发作用不能维持弧柱的扩散速度,电弧突然熄灭,发生截流现象。
2.2大电流真空电弧
在触头断开大的电流时,电弧的能量增大,阳极也严重发热,形成很强的集聚型的弧柱。同时,电动力的作用也明显了,因此,对于大电流真空电弧,触头间的磁场分布就对电弧的稳定性和熄弧性能有决定性的影响。如果电流太大,超过了极限开断电流,就会造成开断失败。此时,触头发热严重,电流过零以后仍然蒸发,介质恢复困难,不能断开电流。
3 断路器的结构和工作原理
真空断路器的生产厂家比较多,型号也较繁杂。按使用条件分为户内(ZNx-**)和户外(ZWx-**)两种类型。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆主要由框架部分,灭弧室部分(真空泡),和操动机构部分组成。
3.1断路器本体结构
断路器本体部分由导电回路,绝缘系统,密封件和壳体组成。整体结构为三相共箱式。其中导电回路由进出线导电杆,进出线绝缘支座,导电夹,软连接与真空灭弧室连接而成。
3.2操作机构
此机构为电动储能,电动分合闸,同时具有手动功能。整个结构由合闸弹簧,储能系统,过流脱扣器,分合闸线圈,手动分合闸系统,辅助开关,储能指示等部件组成。
3.3工作原理
真空断路器利用高真空中电流流过零点时,等离子体迅速扩散而熄灭电弧,完成切断电流的目的。
3.4动作原理
1)储能过程:当储能电机接通电源时,电机带动偏心轮转动,通过紧靠在偏心轮上的滚子带动拐臂及连板摆动,推动储能棘爪摆动,使棘轮转动,当棘轮上的销与储能轴套的板靠住以后,二者一起运动,使挂在储能轴套上上的合闸弹簧拉长。储能轴套由定位销固定,维持储能状态,同时,储能轴套上的拐臂推动行程开关切断储能电机的电源,并且储能棘爪被抬起,与棘轮可靠脱离。2)合闸操作过程:当机构接到合闸信号后(开关处于断开,已储能状态),合闸电磁铁的铁心被吸向下运动,拉动定位件向逆时针方向转动,解除储能维持,合闸弹簧带动储能轴套逆时针方向转动,其凸轮压动传动轴套,带动连板及摇臂运动,使摇臂扣住半轴,使机构处于合闸状态。此时,连锁装置锁住定位件,使定位牛不能逆时针方向转动,达到机构联销的目的,保证了机构在合闸位置不能合闸操作。3)分闸操作过程:断路器合闸后,分闸电磁铁接到信号,铁芯吸合,分闸脱扣器中的顶杆向上运动,使脱扣轴转动,带动顶杆向上运动,顶动弯板并带动半轴向反时针方向转动。半轴与摇臂解扣,在分闸弹簧的作用下,断路器完成分闸操作。
4 断路器的调试
4.1开距与超行程
断路器的开距与超行程的测量是在分合闸状态测量出的X值之差为断路器的开距,Y值之差为断路器的超行程。调整的方法为放长或缩短绝缘操作杆3或机构与主轴的连杆。
4.2分合闸机构调整
1)摇臂与半轴的扣接量为1.5~2.5mm,可以通过调整螺钉来实现。2)传动轴套转动最大角时。3)摇臂与半轴间要有1.5~2mm的间隙。4)以保证传动轴套回落到合闸位置时。
5真空断路器的维护措施
5.1真空断路器的巡视检查
真空断路器是一种少维护的开关设备。对于动作不太频繁的使用场所,投入运行的初期,每1~2年检查一次,对于动作频繁的使用场所,运行初期每动作1000~2000次应检查维护一次。清扫检查真空灭弧室和绝缘件表面污垢、灰尘,检查有无破损、放电;检查各紧固件,如有松动、脱落者应及时紧固,检查操作系统的缓冲器,必要时要加油;为操作机构传动系统中的滑动或滚动摩擦部位润滑,按运行规程的有关规定进行预防性试验。
5.2对触头的超程以及行程进行严格的控制
装调人员在在安装以及调整的时候,一定要确保每一步骤都是严格按照说明指导进行的,并且在经过大幅度的维修之后,正式使用之前一定要进行严格的测试,并且还需要将测试结果和出厂时候的记录进行对比,确保结果不存在明显差异方可进行使用。
5.3对分合闸速度进行严格的控制
如果真空断路器以较低的速度完成合闸操作,便会加长预计穿的时间,进而使得触头磨损量加大,并且还会因为由于真空断路器机械强度较低导致耐振性变弱;如果真空断路器以较高的速度完成合闸操作,就会使得振动加强,进而过度冲击波纹管,使得波纹管的使用寿命被严重缩短,因此,需要对真空断路器的分合闸速度进行严格的控制,使其以最佳速度完成分合闸操作。
5.4防止过电压
真空断路器的开断性能较好,很容易有截流过电压产生,而过电压的产生则会对设备造成严重的损害,因此需要对过电压的产生进行有效的预防。通常情况下,鉴于油浸变压器具有较大的杂散电容以及较高的耐受冲电压值等特性,该变压器并不需要加强保护措施,而电炉变压器以及干式变压器则需要加装保护措施,保护措施主要为电容或者是金属氧化物避雷器。
5 结语
总之,电能对于人们的生产生活而言具有十分重要的意义,不仅可以为人们的生活提供便捷条件,更可以推动产业的生产,继而促进我国经济的发展。但是在实际用电的过程中,却存在着很多的问题,比如用电浪费问题以及用电安全问题,进而使得我国社会的稳定发展造成严重的阻碍。真空断路器的产生可以有效的避免一些用电安全以及用电浪费的情况,因此得到了广泛的应用,但是在实际应用的时候,还是会出现一些故障,使得节能、安全的作用无法得到充分发挥,对此,需要对分合闸速度、触头的超程以及行程进行严格的控制,同时还需要对过电压的产生进行严格的控制,进而避免设备损坏的情况发生,提高设备器械的使用寿命,提高电能的使用率,继而促进电力事业长期稳定的发展。
参考文献：
[1]裴永清,程航,王望平.10kV真空断路器状态监控探讨[J].电气开关,2016,54(4):103~104.
[2]邢迎春.10kV真空断路器常见故障与对策研究[J].电工技术,2016,8(8):00019.
论文作者:王龙
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/4
标签：电弧论文; 真空断路器论文; 真空论文; 断路器论文; 电流论文; 轴套论文; 储能论文; 《防护工程》2018年第34期论文;