真空断路器的运行与操作维护

作者：刘平

来源：《科技创新导报》2011年第01期

摘要:真空断路器的应用越来越广泛,文中以ZN63A—12为例,在阐述原理的基础上,分析了真空断路器运行维护中的技术要求。

关键词:真空断路器原理操作维护

中图分类号:TP3 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)01(a)-0111-01

1 真空特性

1.1 真空绝缘特性

真空具有很强的绝缘特性。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。因此,真空断路器触头开距一般不大。

1.2 真空电弧特性

真空中,气体游离现象已不再是产生电弧的主要因素,电弧放电主要是触头电极蒸发出的金属蒸汽引起。按照开断电流大小,一般可分为小电流真空电弧和大电流真空电弧。

(1)小电流真空电弧:触头开断时,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)大电流真空电弧:触头开断时,电弧能量增大,阳极也严重发热,形成很强的集聚型弧柱。同时,电动力作用明显。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。

2 真空断路器结构与原理

真空断路器按使用条件可分为户内(ZNx—**)和户外(ZWx—**)两种类型。主要由框架部分,灭弧室部分(真空泡)和操动机构组成。下面以ZN63A—12型户内高压真空断路器为例说明。

2.1 断路器本体

断路器主体部分设置在由环氧树脂浇注而成的绝缘套筒内,能有效地防止外力冲击、污秽环境等外部因素对真空灭弧室的影响。断路器主体安装在机构箱后部,与机构连接成一个整体。断路器本体部分由导电回路、绝缘系统、密封件和壳体组成。整体结构为三相分箱式。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。

合闸位置时的主回路电流路径:上出线座2经固定在灭弧室上的上支架到真空灭弧室12内部的静触头,经动触头及与其连接的导电夹5、软连接4,至下支架、下出线座3,由绝缘拉杆10与内部碟形弹簧13经过连杆系统来完成操作运动及保持触头接触。

2.2 断路器操作机构

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。

2.3 工作原理

(1)储能:断路器合闸所需能量由合闸弹簧储能提供。储能既可以由外部电源驱动电机完成,也可以使用储能手柄手动完成。储能操作由固定在框架上的储能电机进行,或者将储能手柄插入手动储能孔中顺时针摇动进行。电动储能时电机输出轴带动链轮传动系统,手动储能时通过蜗轮、蜗杆电动链轮传动系统。储能的同时,储能轴上连板带动储能指示牌翻转显示“已储能”标记并切换辅助开关切断储能电机供电电源,此时断路器处于合闸准备状态。

(2)合闸:在合闸操作中,不论用手按下“合闸”按钮或远东操作使合闸电磁铁动作,均可以使储能保持轴转动,使掣子松开滚轮,合闸弹簧缩回同时使拐臂储能轴和轴上的凸轮转动,凸轮又驱动连杆机构带动绝缘拉杆和动触头进入合闸位置,并压缩触头弹簧,保持触头所需接触压力。合闸动作完成由合闸掣子合半轴保持合闸位置,同时储能指示牌、储能辅助开关复位惦记供电回路接通。若外接电源也接通再次进入储能状态,连杆拉动合/分指示牌,显示出“合”标记,传动连杆拉动主辅助开关切换。

(3)分闸:既可以按“分闸”按钮,也可以靠接通外部电源使分闸脱扣电磁铁或过电流脱扣电磁铁总做使合闸保持掣子与半轴解锁而实现分闸操作。由触头弹簧或分闸簧储存的能量使灭弧室动静触头分离。在分闸过程后段,由液压缓冲器吸收分闸过程剩余能量并限定分闸位置。由连杆拉动合/分指示牌显示出“分”标记,同时拉动计数器,实现计数器记数,由传动连杆拉动主辅助开关切换。

3 控制回路

在断路器控制回路中增设远方/就地转换开关QK,可以顺利实现远方DCS和就地控制的需要,为检修在现场调试创造有利条件。在断路器合闸回路中增加运行YWK/试验SWK位置辅助