| 真空断路器在中国应用的经验 |
|
| [大
中 小] |
|
|
3.1.3 导向与缓冲装置
(a)导向装置
真空灭弧室触头系统不同轴，势必造成分断过程中触头间隙磁场的畸变，使触头烧蚀加大， 绝缘水平降低。严重的情况，会危及到真空断路器分断短路电流成功率。为了确保装配与操 作过程中，触头对中良好，通常真空灭弧室都装有导向装置(如图5,导向1)。考虑到膨胀系 数，断路器操作过程的非直线运动等问题，这个导向装置与动导电杆一般留有足够间隙。多年实践证明，这个导向装置的存在，并不能保证真空灭弧室触头系统的良好对中，影响到真 空灭弧室开断短路电流的稳定性。
二级导向是ZN28系列真空断路器独创的导向方式，因其结构简单易行，导向性能良好，现已为绝大多数真空断路器制造厂和研究设计人员所接受，并广泛应用到产品中。
二级导向原理如图5所示。这种导向方式并不要求导向1和导向2与动端运动部件配合间隙取 得很小，导向2允许在一定范围内调整，在保证触头对中良好的情况下固定。采用这个方案 ，保证了运动部件传动灵活，使动触头保持直线运动，改善了真空灭弧室开断短路电流的稳定性，也缓解了金属波纹管运动过程产生的应力，对提高波纹管的疲劳寿命起到了一定辅助作用。
导向精度与L值的选取有关(如图5)。L值可按产品参数裕度、配合特性要求选取。对于10kV 级产品，选取L≥100mm已足够满足要求了。
(b)缓冲装置的性能研究
真空灭弧室的机械寿命，受控于波纹管的机械寿命。在设定了金属波纹管和触头开距后，真空灭弧室动触头运动方式就决定了真空灭弧室的机械寿命。真空断路器分闸过程的速度急剧 变化，分闸过程和反弹，对波纹管的疲劳寿命极为有害。同时，分闸速度的变化特性，也直接影响到真空断路器和所配用操动机构的机械寿命。分闸过程，接触缓冲器瞬间的速度剧变甚至反弹，也可能造成真空断路器的弧后重击穿。如何选取缓冲特性，不仅关系到真空断路 器的机械性能，也影响到产品电性能。
理想的缓冲特性，应该是在运动部件接触缓冲器瞬间，缓冲器提供较小反力。随着缓冲距离 的增加，缓冲特性迅速变陡，最大可能地吸收分闸能量，达到限制分闸反弹和分闸行程的目 的。利用液体流阻的变化，可以实现上述设想。
以上所述，是ZN28—10/4000—50真空断路器的部分主要设计思想。试制与试验表明，产品性能与设计要求是吻合的。这个产品的研制完成，对发展更高参数的中压真空断路器积累了 经验和试验数据，对发展大额定电流的户内真空断路器也得到了初步结果。这些数据，对发展真空发电机保护断路器，也是极其宝贵的经验。
3.2 24kV、12500A和125～240kA真空发电机断路器的开发
发电机断路器是直接连接在发电机和升压变压器之间，完成操作和保护的电气设备。发电机断路器,可用于保护和控制火电、核电和水电(调峰和抽水蓄能)电站的发电机及同步调 相机。根据国际大电网会议CIRGE的调查，目前全世界有50％的核电厂与超过10％的火电厂, 采用了发电机断路器。在德国和俄罗斯，大容量的核电厂和火电厂,安装发电机断路器已成为一种标准。我国也有多家发电厂安装了发电机断路器，如沙角C号发电厂、丹江口发电厂和葛洲坝发电站等。另外还有黄冈发电厂、外高桥发电厂及盘山发电厂等已通过审查，将在其发电机出口装设发电机断路器。
3.2.1 发电机断路器的发展现状
发电机断路器有少油断路器、压缩空气断路器、六氟化硫断路器和真空断路器四种类型 。少油断路器的优点是结构简单，不需要类似压缩空气断路器供气系统之类的辅助设备。但 是其通流能力和开断能力向更高参数发展有较大困难，维护较麻烦，且有爆炸、燃烧的危险 ，因而限制了少油断路器在发电机断路器领域的发展。少油发电机断路器的典型产品有原苏 联“电器”工厂的MΓ—20型20kV/11200A/87kA断路器。我国的沈阳高压开关厂也生产保护 发电机用的SN4—10型和SN4—20型少油断路器，其参数也分别达到10 kV/12000A/105kA和2 0kV/12000A/87kA。压缩空气断路器,是继少油发电机断路器后开发的发电机断路器，它的开断能力非常强，很适合于保护发电机组的场合。这种发电机断路器的典型产品有,ABB公司的DR型36kV/10000～50000A/100～250kA空气断路器和法国Alsthom公司的PKG 36kV/17000～40000A/275kA断路器。沈阳高压开关厂于1985年从法国Alsthom公司引进PKG2型发电机断路器 的生产技术并开始生产。随着100～400MW发电站的增多，大中型发电机断路器成为主流，此 时发电机断路器从压缩空气式发展到六氟化硫式和真空式。1979年三菱公司推出了第一台六氟化硫发电机断路器，为双压式。1984年该公司又推出了SFW型13000～25000A/110kA单压式 六氟化硫发电机断路器。1985年BBC公司研制出中等容量的HE型24kV/6300～12000A/63～120 kA旋弧式六氟化硫发电机断路器。1993年GEC－Alsthom公司又推出了自能吹弧式FKG型六氟 化硫发电机断路器，开断电流为120kA。我国也能生产六氟化硫发电机断路器产品，沈阳高 压开关厂于1994年研制成功了LN—24型六氟化硫发电机断路器，参数为24kV/8000～12500A/ 80～100kA。由于六氟化硫气体具有优良的绝缘和灭弧性能，因此六氟化硫发电机断路器结 构更紧凑，故障率更低。真空发电机断路器出现于1991年，由西门子公司推出，其典型产品 为8BK41型7.2～17.5kV/4000～12000A/40～80kA真空发电机断路器。我国目前已能大批量生产保护中小型发电机的真空断路器，额定短路开断电流为63kA及以上的真空发电机断路器产品目前还是空白，成为当今必须开发的目标之一。
发电机断路器与一般的输配电高压断路器相比，它们在电网中所处的位置不同，保护对 象也不一样，因此在许多方面要满足特殊的要求。这些要求大致可分为三个方面：第一是额 定值方面的要求，第二是开断性能方面的要求，第三是固有恢复电压方面的要求。从额定值 方面来看，发电机断路器需要具备很大的额定短路电流开断能力及关合能力，需要具备很大 的额定电流承受能力等。这些额定值远远大于同级别的输配电断路器。从开断性能看，对发 电机断路器有开断非对称短路电流的要求，其直流分量衰减时间达133ms。另外还要求具有 关合额定
短路关合电流(其峰值为额定短路开断电流交流分量有效值的2.74倍)及开断失步电 流等能力，这都是对断路器提出的“苛刻”要求。从固有瞬态恢复电压方面看，因为发电机 断路器的瞬态恢复电压，由发电机和升压变压器参数决定，而不是由系统决定，所以其瞬态 恢复电压上升率(RRRV)，取决于发电机和变压器的容量等级，等级越高，RRRV值越大，其数 量级为kV/μs。这是一个对断路器要求很高的指标。由此可见，发电机断路器在许多方面与 一般的断路器不同，要满足较高的要求，因此发电机断路器不仅要满足现有的开关制造标准 ，还要有其专用的标准。1993年IEEE专门颁布了用于发电机断路器的制造标准IEEE C37.013 (1993)，我国也制定了发电机断路器的通用技术标准GB/T14824—93，并于1994年10月1日起实施。
从用户的角度对发电机断路器有两点要求：一是要求性能优良，二是要求价格低。性能优良，饲针对发电机断路器所保护对象的重要性而言的。由于其所保护的发电机组是电力系 统的心脏，因此要求发电机断路器，一定要达到相应的技术指标，同时一定要操作可靠，故 障率低。在这方面，六氟化硫 断路器和真空断路器都是很好的选择。如ABB公司生产的DR型压缩空气断路器的故障率，已 减低到0.5％，操作故障率为20×10－6，这一指标比一般的高压断路器低20倍左右，而该公司的六氟化硫断路器产品故障率极低，小于0.3％，而且结构更紧凑。在发电机断路器领域 ，真空断路器在开断性能和操作可靠性方面，可与六氟化硫断路器相当。从价格方面看，价 格因素是制约发电机断路器发展的关键因素之一，如果发电机断路器价格能降下来，势必对 电力工业的发展会起到积极的促进作用。在许多电站的工程预算中，由于发电机断路器的价 格较高，一次性投资较大，因此就没有被采纳。从这个角度来讲，真空断路器可能比六氟化 硫断路器具有一定的优势。因为六氟化硫断路器在生产时对制造工艺要求很高，加工成本很 大，因此其价格很难降下来。发电机断路器所处的电压等级属中压等级，在这个等级真空断 路器占据优势地位，由于真空灭弧室由专业厂家生产，价格较低，同时操动机构的生产技术 也非常成熟，生产成本亦低，因此真空发电机断路器在价格上比六氟化硫断路器有优势。因此在发电机断路器领域，六氟化硫断路器和真空断路器将成为主流，而从价格上看真空断路 器可能会更有一些优势。
3.2.2 新型真空发电机断路器的研制
由前面所述，真空发电机断路器的发展将有很大潜力，因此研制出我国自主知识版权的 大容量真空发电机断路器很有意义。现在西安交通大学和东北电力科学研究院，正在联合开 发一种新型的真空发电机断路器。由于发电机断路器，需要具有承受很大的额定电流能力及 开断很大的短路电流的能力，而单个的真空灭弧室，很难同时满足这样的要求。为了解决这 个问题，世界上唯一生产大容量真空发电机断路器的西门子公司，采用了这样一种解决办法 ，以8BK41型真空发电机断路器为例，它是将一台参数较低的8BK40型真空断路器的三相并联 起来，组成8BK41型断路器的一相，将这样的三相合成一个总体，共同承担大的额定电流和 开断大的短路电流。为了达到三相同步运行，采用同步控制装置和快速脱扣器来完成。这种方法对工艺要求很高，而且成本也较高，另外实现同步较复杂。现在正在研制的新型真空发 电机断路器的思路，是将承载大的额定电流的任务与开断大的短路电流的任务用两个并联单 元，即真空隔离器和真空灭弧室配合完成。这种方案对工艺要求较低，而且较易实现产品系 列化，其工作原理如图6所示。在图6中，正常工作时真空隔离器VD与真空灭弧室VI均闭合， 此时额定电流大部分由VD通过。当发生故障时，VD先分开，当电流全部转到VI后，将VI打开，开断故障电流。下面依次对真空隔离器、真空灭弧室和操动机构的研究进展作一简要介绍 。
真空隔离器首次在真空开关领域内使用了插入式梅花触头结构，以用于承载大的额定电 流。该结构的示意图如图7所示。
图7所示为合闸时的情况， 在图中有一圆柱形动触头，在动触头的周围有6个弧形的静 触头将动触头包住。电流通过动触头后，由圆柱侧面流向静触头，再由静触头流出。在静触 头的后面可由波纹管施加径向力F，以达到所需的接触压力，减小接触电阻，满足承载大的 额定电流的要求。由于真空具有良好的绝缘特性，因此真空隔离器可以做得体积很小，这样将大大减小整机的体积。 |
|
|
| 出处： 作者： |
|
|
|
您的位置：首页 → 电工技术 → 电工文献 → 真空断路器在中国应用的经验
热点文章
沪公网安备31010702003255号