一種雙斷口真空斷路器的設(shè)計(jì)

盧留洋 沙云鵬 王剛

(平高集團(tuán)有限公司，河南 平頂山 467001)

0 引言

無(wú)功功率補(bǔ)償裝置在供電系統(tǒng)中所承擔(dān)的作用是提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境。而在12kV-40.5kV的系統(tǒng)中，進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償最實(shí)用、最經(jīng)濟(jì)的方法就是安裝并聯(lián)電容器組。而投切電容器組開(kāi)關(guān)性能的優(yōu)劣對(duì)能否成功完成任務(wù)至關(guān)重要。而且，投切電容器組開(kāi)關(guān)的動(dòng)作十分頻繁，幾乎每天都在動(dòng)作。然而，根據(jù)當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，目前真空斷路器在投切電容器組時(shí)的重燃概率依然居高不下。由于電容器組開(kāi)關(guān)的頻繁操作，致使系統(tǒng)中故障頻發(fā)，給電力設(shè)備帶來(lái)嚴(yán)重的危害，同時(shí)也限制了真空斷路器在這一方面的應(yīng)用。因此如何提高真空斷路器投切電容器組的能力，這是電網(wǎng)安全運(yùn)行方面迫切需要解決的問(wèn)題，也是真空開(kāi)關(guān)設(shè)備研究、制造和生產(chǎn)部門(mén)必須面臨的重要課題。

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(一)設(shè)計(jì)背景

雙斷口布置的開(kāi)斷能力是單斷口開(kāi)斷能力的2倍以上。在第一個(gè)間隙發(fā)生擊穿情況下，另一個(gè)間隙經(jīng)常臨時(shí)耐受整個(gè)TRV而沒(méi)有使兩個(gè)間隙發(fā)生最終擊穿故障。在較高的電壓等級(jí)，例如40.5kV，斷路器難以通過(guò)電容器開(kāi)斷試驗(yàn)。若將兩個(gè)滅弧室串聯(lián)起來(lái)，兩個(gè)滅弧室中的每一個(gè)都具有單獨(dú)的重?fù)舸└怕剩瑩舸└怕逝c觸頭行程為非線性關(guān)系。在觸頭開(kāi)距為2×14mm時(shí)，與單開(kāi)距28mm相比，絕緣耐受電壓增加約40%。因?yàn)檎婵臻g隙的快速恢復(fù)，單只滅弧室可能的擊穿不會(huì)導(dǎo)致完全擊穿。在第二只滅弧室也發(fā)生擊穿的情況下，將面臨老煉的第一只滅弧室比以前具有更強(qiáng)的耐受能力。比如，在真空間隙為1.6mm時(shí)，1個(gè)真空滅弧室只能承受16kV的恢復(fù)電壓;2個(gè)真空滅弧室串聯(lián)時(shí)可以承受的恢復(fù)電壓為51kV。同樣，當(dāng)真空間隙為2mm時(shí)，一個(gè)真空滅弧室只能承受38kV的恢復(fù)電壓，2個(gè)真空滅弧室串聯(lián)則可承受100kV?？梢?jiàn)，雙斷口真空斷路器無(wú)論從絕緣水平，開(kāi)斷能力，還是從重?fù)舸└怕实偷确矫娑純?yōu)于單斷口，在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，雙斷口滅弧室串聯(lián)是解決真空斷路器投切電容器組開(kāi)關(guān)重燃概率高的根本途徑。

(二)設(shè)計(jì)方案

斷路器在開(kāi)斷和關(guān)合電容器組的瞬時(shí)，所處系統(tǒng)電壓的初相角通常都是隨機(jī)的和不確定的，因此會(huì)產(chǎn)生不同程度的暫態(tài)過(guò)程。比如，在關(guān)合電容器組時(shí)，常常會(huì)產(chǎn)生幅值很高的涌流和過(guò)電壓，尤其是背對(duì)背電容器組的關(guān)合，涌流可能達(dá)額定電流的百倍。不僅對(duì)系統(tǒng)中的設(shè)備不利，還可能引起繼電保護(hù)的誤動(dòng)作，影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。

較大的電容器組關(guān)合涌流，易引起觸頭的熔焊，增加了開(kāi)關(guān)分?jǐn)嚯娙萜鹘M時(shí)的重燃概率。從型式試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中得知，投切電容器組試驗(yàn)時(shí)，合分操作的重燃概率大于單分操作的重燃概率。當(dāng)斷路器合閘時(shí)，由于預(yù)擊穿電弧的作用，使觸頭形成細(xì)微的焊點(diǎn)。當(dāng)觸頭再次分閘時(shí)，尤其是分閘電流較小時(shí)，細(xì)微的焊點(diǎn)被拉斷，形成微小凸起。細(xì)微焊點(diǎn)的凸起可能成為恢復(fù)電壓連續(xù)擊穿的原因，即重燃或重?fù)舸２⑶?，這種凸起可能成為下次合閘時(shí)預(yù)擊穿的觸發(fā)點(diǎn)，引起預(yù)擊穿的距離及時(shí)間變長(zhǎng)，從而增加下一次分閘后的重?fù)舸└怕?。尤其是關(guān)合背對(duì)背電容器組時(shí)，合閘涌流較大，更容易造成觸頭的熔焊，增加分閘后的重?fù)舸└怕省?/p>

二、結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

針對(duì)以上分析，結(jié)構(gòu)技術(shù)方案有兩點(diǎn)，一是采用了全新的傳動(dòng)箱，設(shè)計(jì)出能夠保證兩個(gè)滅弧室同時(shí)開(kāi)斷的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如下圖1所示;二是雙斷口真空斷路器的本體設(shè)計(jì)，將兩個(gè)真空滅弧室豎直排列，結(jié)構(gòu)緊湊，外觀具有設(shè)計(jì)性，如下圖2所示，雙斷口真空斷路器整體結(jié)構(gòu)如下圖3所示。

圖1 雙斷口真空斷路器

圖2 雙斷口真空斷路器單極裝配

圖3 雙斷口真空斷路器單極斷口裝配

圖4 超程裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

三、結(jié)論

1.該新型斷路器設(shè)計(jì)解決了真空斷路器在電力系統(tǒng)中在投切電容器組時(shí)重燃率高的問(wèn)題，具有很高的技術(shù)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值;

2.該新型斷路器設(shè)計(jì)能夠解決目前國(guó)內(nèi)外真空斷路器在切合電容器組時(shí)，產(chǎn)生涌流，易發(fā)生重?fù)舸┑纫鹣到y(tǒng)操作過(guò)電壓的難題，大大推進(jìn)真空斷路器技術(shù)在無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)中的應(yīng)用，同時(shí)提高電能質(zhì)量，穩(wěn)定電網(wǎng)運(yùn)行，具有重大的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益;

3.斷路器結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，所采用的真空滅弧室為市場(chǎng)上通用的滅弧室，結(jié)構(gòu)件為普通機(jī)加件，成本價(jià)格低;產(chǎn)品安裝簡(jiǎn)單，總體分析，經(jīng)濟(jì)性好;以環(huán)保型真空斷路器為基礎(chǔ)，環(huán)境友好。

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