真空滅弧室的絕緣問題分析

高華東

供用電

真空滅弧室的絕緣問題分析

高華東

（山鋼集團萊鋼永鋒鋼鐵公司動力部，山東齊河251100）

通過對真空滅弧室的絕緣進行分析，找到絕緣損壞的原因，對真空斷路器進行了優(yōu)化調(diào)整，合理維護和使用，提高了真空斷路器壽命。

真空滅弧室；絕緣；過電壓

1 引言

真空斷路器在鋼鐵冶煉業(yè)的10 kV及35 kV供配電系統(tǒng)中廣泛使用，真空滅弧室作為真空斷路器的主要元件，其絕緣能力對安全連續(xù)供電至關(guān)重要。

2 真空滅弧室的絕緣

真空滅弧室的絕緣分內(nèi)部絕緣和外部絕緣，內(nèi)部絕緣又分靜態(tài)絕緣和動態(tài)絕緣。

2.1 真空滅弧室的靜態(tài)絕緣

影響靜態(tài)絕緣水平的因素有：觸頭開距、觸頭與屏蔽罩的材料及形狀、有效擊穿面積、老煉工藝等。觸頭有合理開距，保證了間隙的絕緣強度。過大的開距無助于提高絕緣強度，可能反而導致分斷大電流過程中增大間隙的電弧能量，延長介質(zhì)恢復時間。對縱向磁場結(jié)構(gòu)的觸頭，間隙的大小對電弧電壓影響不大，電弧電壓隨著分斷電流的增大而增大，過大的開距使電弧電壓隨著開斷電流增大，造成滅弧困難。觸頭材料的含氣量影響開關(guān)的開斷能力，材料的拉伸強度的二分之一次方與承受電壓成正比。在屏蔽罩上設(shè)置半圓形裙邊，可均勻電場分布。真空滅弧室在開斷大電流后，也會出現(xiàn)絕緣劣化現(xiàn)象，尤其是耐壓水平下降較明顯。

靜態(tài)絕緣劣化的主要原因：

（1）大電流電弧對觸頭表面的侵蝕，惡化了觸頭表面狀況。

（2）開斷大電流過程中，電弧使觸頭材料噴濺形成許多小金屬液滴，附著在屏蔽罩上改變了電場分布，使外殼耐壓水平降低。

2.2 真空滅弧室的動態(tài)絕緣

影響動態(tài)絕緣水平的因素是機械參數(shù)：

（1）合閘速度。主要表現(xiàn)在預擊穿時間及關(guān)合瞬時的觸頭沖動量。合閘速度低，使預擊穿時間增加，引起預擊穿電弧對觸頭侵蝕加劇。合閘速度高，使觸頭彈跳時間延長，容易產(chǎn)生重燃，也會加劇觸頭侵蝕。合閘速度的快慢取決于合分閘彈簧的貯能大小，可增加分閘彈簧的貯能量或合閘彈簧的壓縮量，使其保持一個合理的速度。

（2）觸頭壓力。觸頭壓力應力大于額定短路狀態(tài)時觸頭斥力，以保證該狀態(tài)下的完全閉合不受損傷。機械參數(shù)是真空滅弧室正常使用中絕緣能力的保證，直接影響滅弧室的使用壽命，參數(shù)不合理，將使滅弧室真空度降低速度加快。

2.3 真空滅弧室的外部絕緣

影響外部絕緣水平的因素是使用環(huán)境。在設(shè)計過程中，滅弧室的外殼有足夠的電氣距離和爬電距離，但鋼鐵企業(yè)的高粉塵環(huán)境或使用場合空氣濕度大等原因，在滅弧室表面易形成閃絡(luò)。因為沿面閃絡(luò)電壓要比空氣間隙擊穿電壓低，在系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓時，原有電氣距離和爬電距離就不能滿足絕緣要求。早期斷路器產(chǎn)品帶電部分和滅弧室都暴露在空氣中，依靠玻璃或高氧化鋁陶瓷外殼來實現(xiàn)電氣絕緣。在真空滅弧室表面臟污吸附水份或存在微氣隙的狀態(tài)下，電場分布發(fā)生變化，過電壓時形成閃絡(luò)。后期斷路器產(chǎn)品把真空滅弧室裝在環(huán)氧樹脂絕緣套筒內(nèi)，有效阻斷粉塵在真空滅弧室表面的積聚。而絕緣套筒也存在表面閃絡(luò)問題，所以要通過加強清掃來克服惡劣環(huán)境中滅弧室的表面閃絡(luò)。

3 滅弧室絕緣損傷的原因

3.1 過電壓對滅弧室的損傷

真空斷路器在分合操作時會在使用系統(tǒng)中產(chǎn)生過電壓，系統(tǒng)中的過電壓也會使滅弧室受到損傷，特別是電弧爐負載在分斷時的截流過電壓，幅值將達到額定值的5～6倍。截流值的大小具有分布性，與開斷時間、開斷電流、回路參數(shù)、觸頭材料等因素有關(guān)。滅弧室在開斷電爐變壓器產(chǎn)生截流過電壓之后，電爐變壓器側(cè)的電壓幅值和頻率都很高，而滅弧室觸頭間距并不大，在高的恢復電壓作用下觸頭有可能被擊穿，電弧發(fā)生重燃。同時在斷路器電源側(cè)也會出現(xiàn)一個高頻振蕩過電壓，電源中性點偏移。截流和重燃兩種類型過電壓往往相伴而生，有一個共同的特點就是幅值高、頻率高，而能量并不大。通過對觸頭材料的改進，在開斷感性小電流負載時的過電壓現(xiàn)象已基本解決，但由于截流值的分布性和回路參數(shù)等因素作用，過電壓并不能完全避免。因其能量較小，過電壓保護裝置動作困難。接入該系統(tǒng)的設(shè)備絕緣在積累效應的作用下，降低到一定程度后，將造成事故。永鋒鋼鐵公司的LF精煉爐供電系統(tǒng)中多次發(fā)生電壓互感器電流互感器因絕緣故障燒毀，故障點都是在設(shè)備的絕緣薄弱部位。為其供電的線路斷路器在操作時也多次發(fā)生過電壓放電現(xiàn)象，滅弧室也發(fā)現(xiàn)真空度降低。如果在過電壓時發(fā)生滅弧室沿面閃絡(luò)，易引起滅弧室的爆炸。

3.2 真空度降低將使滅弧室絕緣能力下降

真空滅弧室的制造技術(shù)已相當成熟，但各制造廠家的材料和封排工藝還存差距。產(chǎn)生真空度下降的原因：

（1）材料放氣，材料中吸收的空氣在真空狀態(tài)下會釋放出來。

（2）標準漏孔的慢漏。

（3）環(huán)境溫度，溫度本身對真空沒有任何影響，但滅弧室的導向套材料與導電桿材料膨脹系數(shù)差別較大，在超過廠家規(guī)定的±40℃時會產(chǎn)生微觀漏氣。

4 真空滅弧室的絕緣測試

掌握滅弧室真空度的變化情況，就掌握了真空滅弧室的泄漏發(fā)展情況，使得對真空滅弧室的檢測從定性上升到定量階段，根據(jù)一定間隔時期內(nèi)真空度的變化推算出真空滅弧室的使用壽命。因真空度測試儀的測試范圍限制在(1×10-1Pa～l×10-5Pa)，超出測試范圍，真空度測試儀所依賴的離子電流與殘余氣體密度即真空度近似成比例的關(guān)系有所變化，不能保證測試結(jié)果的準確性。特別是對于全漏(與大氣相通)的“硬故障”，測試值剛好與真空度良好時的數(shù)值接近，容易引起錯誤判斷。因此在現(xiàn)場真空滅弧室檢測工作中不能省掉工頻耐壓試驗。如果真空滅弧室通過工頻耐壓試驗，可以保證真空滅弧室的真空度在真空度測試儀的測試范圍之內(nèi)，再進行真空度測試，就能保證真空度測試的準確性。真空度測試雖良好但工頻耐壓沒通過的滅弧室必須更換，工頻耐壓通過但真空度不合格的滅弧室也必須更換。耐壓通過，真空度合格，但真空度下降較快的要縮短檢測周期。

5 結(jié)論

通過分析滅弧室的絕緣，能讓使用者了解延長真空斷路器壽命的方法。把真空斷路器的機械特性調(diào)整到最佳狀態(tài)，克服各種不利環(huán)境影響，提高真空滅弧室的外絕緣水平，是延長真空斷路器壽命的根本辦法。合理監(jiān)測滅弧室的真空度，讓壽命到期的滅弧室安全退出系統(tǒng)，保障企業(yè)供用電系統(tǒng)安全無故障。

[1]王季梅.真空滅弧室設(shè)計、制造及其應用[M].陜西：西安交通大學出版社，1993.

Analysis of Insulation Problems of Vacuum Interrupters

GAO Huadong
(Laiwu Yongfeng Iron and Steel Company of Shangang Group,Qihe,Shandong 251100,China)

Through analysis of insulation of vacuum interrupters,the causes of insulation damage were found out.Vacuum circuit breaker was adjusted,optimized and properly used and maintained,which has increased the service life of the circuit breaker.

vacuum interrupter;insulation;overvoltage

TM56

B

1006-6764(2015)01-0021-02

2014－04－21

高華東（1972-），男，電氣工程師，技師，現(xiàn)從事電力系統(tǒng)調(diào)度運行工作。