真空斷路器的發(fā)展和應(yīng)用修改

1、真空斷路器開(kāi)斷與關(guān)合不同負(fù)載時(shí)的操作過(guò)電壓第一節(jié) 真空斷路器的發(fā)展和應(yīng)用一、真空斷路器的發(fā)展斷路器在電力工業(yè)上的應(yīng)用和發(fā)展已有很長(zhǎng)歷史。由在大氣中自然拉長(zhǎng)電弧、分?jǐn)嚯娏鞯臄嗦菲鏖_(kāi)始，發(fā)展到各種形式的多油斷路器和少油斷路器、產(chǎn)氣斷路器和壓縮空氣斷路器，直到后來(lái)又出現(xiàn)真空斷路器和SF6斷路器。1893年日德赫斯(Rittenhause)就發(fā)現(xiàn)了真空對(duì)交流電弧有很強(qiáng)的滅弧能力，并為此獲得一項(xiàng)專利。1926年加里福尼亞工學(xué)院的索銳琛(Sorensen)教授發(fā)表了關(guān)于真空斷路器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，井預(yù)言應(yīng)用真空斷路器的年代不久就會(huì)到來(lái)。由于當(dāng)時(shí)的真空斷路器技術(shù)還很落后，這使真空斷路器在工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用

2、被推遲了許久。直到1956年克銳斯(H. C. Ross)對(duì)杰寧無(wú)線電公司生產(chǎn)的用于高頻回路的真空滅弧室進(jìn)行了改造，試制出用于電力系統(tǒng)的真空斷路器以后，真空斷路器才真正商品化。在真空斷路器研制過(guò)程中，GE公司一直走在前列，后來(lái)又有許多制造廠家從事真空斷路器產(chǎn)品的研制以及基礎(chǔ)理論的研究，從而使真空斷路器得以發(fā)展起來(lái)。真空斷路器由真空滅弧室、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及操動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。真空滅弧室的結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。外殼由玻璃、陶瓷或微晶玻璃等無(wú)機(jī)絕緣材料做成，呈圓筒形狀，兩端用金屬蓋板封接組成一個(gè)密封容器。外殼內(nèi)部有一對(duì)觸頭，其中靜觸頭固定在靜導(dǎo)電桿的端頭，動(dòng)觸頭固定在動(dòng)導(dǎo)電桿的端頭。動(dòng)導(dǎo)電桿通過(guò)波紋管和金屬板的

3、中心孔，伸出滅弧室外。動(dòng)導(dǎo)電桿在中部與波紋管的一個(gè)端口焊接在一起，波紋管的另一個(gè)端口與金屬蓋板焊接。波紋管是一種彈性元件，其側(cè)壁呈波紋狀，它可以紋向伸縮。由于在動(dòng)導(dǎo)電桿和金屬蓋板之間引入了一個(gè)波紋管，真空滅弧室的外殼就被完全密封，動(dòng)導(dǎo)電桿可以左右移動(dòng)，但不會(huì)破壞外殼的密封性。真空滅弧室內(nèi)部的氣壓低于1. 33 × 10-2Pa，一般為1.33×10-3Pa左右，因而動(dòng)觸頭和靜觸頭始終是處在高真空狀態(tài)下。在觸頭和波紋管周圍都設(shè)有屏蔽罩，觸頭周圍的屏蔽罩稱為全屏蔽罩，由瓷柱支撐，波紋管周圍的屏蔽罩稱作輔助屏敲罩或波紋管屏蔽罩。圖1 真空斷路器滅弧室結(jié)構(gòu)原理圖1靜電導(dǎo)桿；2支持屏

4、蔽罩；3主屏蔽罩；4外殼；5觸頭；6波紋管；7動(dòng)導(dǎo)電桿如果真空斷路器接入圖2所示的電路中，當(dāng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)使動(dòng)導(dǎo)電桿向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)觸頭和靜觸頭就會(huì)閉合，電源、與負(fù)載接通，電流就流過(guò)負(fù)載。如果這時(shí)動(dòng)導(dǎo)電桿向相反方向動(dòng)作，即向下運(yùn)動(dòng)，動(dòng)觸頭和靜觸頭就會(huì)分離，在剛分離的瞬間，觸頭之間將會(huì)產(chǎn)生真空電弧。真空電弧是依靠觸頭上蒸發(fā)出來(lái)的金屬蒸汽來(lái)維持的，直到工頻電流接近零時(shí)，真空電弧的等離子體很快向四周擴(kuò)散，電弧就被熄滅，觸頭間隙由導(dǎo)電體變?yōu)榻^緣體，于是電流被分?jǐn)?。真空斷路器具有下列?yōu)點(diǎn):（1)熄弧過(guò)程在密封的真空容器中完成，電弧和熾熱氣體不會(huì)向外界噴濺，因此不會(huì)污染周圍環(huán)境。(2)真空的絕緣強(qiáng)度高，熄弧能力強(qiáng)

5、，所以觸頭的行程很小，一般均在幾毫米以內(nèi)，因此操動(dòng)機(jī)構(gòu)的操作功率小，使整個(gè)斷路器小而輕。(3)熄弧時(shí)間短，電弧電壓低，電弧能量小，觸頭損耗少，因而分?jǐn)啻螖?shù)多，使用壽命長(zhǎng)，適合頻繁操作。(4)斷路器操作時(shí)，振動(dòng)輕微，幾乎沒(méi)有噪聲，適用于城市區(qū)域和要求安靜的場(chǎng)所。(5)滅弧介質(zhì)為真空，因而與海拔高度有關(guān)，同時(shí)沒(méi)有火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn)。(6)在真空滅弧室的使用期限內(nèi)，觸頭部分不需要維修、檢查，即使機(jī)構(gòu)維修檢查，也十分簡(jiǎn)便，所花費(fèi)的時(shí)間也很短。圖2 真空斷路器設(shè)備接入負(fù)載的電路1 電源；2真空斷路器；3負(fù)載真空斷路器正向高壓、大容量方向發(fā)展。通用電器公司1980年生產(chǎn)出168kV開(kāi)斷電流為40kA的雙斷口

6、真空斷路器；明電舍公司1980年開(kāi)始生產(chǎn)123kV開(kāi)斷電流為31.5kA的單斷口真空斷路器；東芝公司根據(jù)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需要，于1987年在日本首次研制出145kV、開(kāi)斷電流為31.5kA的單斷口真空斷路器及168kV雙斷口真空斷路器；西屋公司研制的雙斷口121145kV真空斷路器已開(kāi)始取代同等級(jí)少油斷路器。觸頭結(jié)構(gòu)的改進(jìn)是真空斷路器技術(shù)發(fā)展的最積極因素之一。在日本首先發(fā)明了縱磁場(chǎng)觸頭，開(kāi)始為線圈型，后來(lái)出現(xiàn)了多種結(jié)構(gòu)形式。西門子公司開(kāi)發(fā)的是杯狀縱磁場(chǎng)觸頭。目前，所有先進(jìn)的真空滅弧室都采用縱磁場(chǎng)觸頭，用的最多的是線圈型縱磁場(chǎng)觸頭和杯狀縱磁場(chǎng)觸頭。與橫磁場(chǎng)觸頭相比，縱磁場(chǎng)觸頭在直徑相間條件下，具有大

7、得多的開(kāi)斷能力。在開(kāi)斷電流相同時(shí)，縱磁場(chǎng)觸頭的電腐蝕速率比橫磁場(chǎng)觸頭小得多，因而其電壽命比橫磁場(chǎng)觸頭長(zhǎng)得多，同時(shí)在開(kāi)斷短路電流后，其觸頭表面比較平整光滑，所以觸頭間隙的耐壓強(qiáng)度高。東芝公司采用縱磁場(chǎng)觸頭后，開(kāi)發(fā)出開(kāi)斷能力100kA的真空斷路器，實(shí)驗(yàn)室中已成功開(kāi)斷了200kAo西門子公司已將63kA真空斷路器商品化，還用三臺(tái)63kA真空斷路器并聯(lián)作為發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器，其額定短路開(kāi)斷電流為63kA，額定電流為12kA。真空斷路器的發(fā)展明顯趨向于大容量、高電壓、低過(guò)電壓和小型化，而其觸頭材料則是保證這種發(fā)展的一個(gè)重要因素。通常要求觸頭材料要開(kāi)斷容量大、耐壓強(qiáng)度離、載流水平低、電磨損率小、抗熔性能好等

8、，但還沒(méi)有一種材料能同時(shí)滿足這些要求。一些公司采用銅鉻合金做觸頭材料，銅和鉻的蒸氣壓力差別極小，因此在電弧作用區(qū)域不會(huì)發(fā)生材料成分的明顯變化。銅和鉻在電弧作用下的熔化基本上具有平整形狀，它們的平滑熔化區(qū)慢慢變硬而不會(huì)由于出現(xiàn)凸出部分、陷口和裂紋而發(fā)生畸變。由于觸頭表面平整，觸頭間隙才可能足夠短，觸頭材料的容積也可能趨于最小(因?yàn)榇罅康挠|頭蒸法材料沉積在另一個(gè)觸頭上并可重新利用)。被熔化的平整表面很快的硬化保證了開(kāi)斷電流之后電氣強(qiáng)度的迅速增大。鉻含量增加可以防止觸頭熔焊。西屋公司和西門子公司都采用銅鉻合金做觸頭材料。西門子公司用燒結(jié)浸漬法和電弧熔煉法制造觸頭材料，西屋公司用的是棍粉法。銅鉻合金觸

9、頭加上縱磁場(chǎng)可大大提高真空斷路器的開(kāi)斷容量，銅鉻觸頭材料的性能目前仍處于領(lǐng)先地位。東芝公司也早已采用了性能優(yōu)異的銅錨觸頭材料和縱磁場(chǎng)觸頭。從而使電弧在開(kāi)斷大電流時(shí)由聚集型轉(zhuǎn)變成擴(kuò)散型，大大提高了真空斷路器的開(kāi)斷能力。在觸頭材料方面，外國(guó)在繼續(xù)尋求和開(kāi)發(fā)新的材料。例如，三菱公司開(kāi)發(fā)了Cu-Ta-a和Cu-Mo-a觸頭材料(a代表一種微量成分)，可將觸頭的有效面積減小1/2，該公司已用新觸頭材料開(kāi)發(fā)出第五代小型真空滅弧室。東芝公司采用Ag-Wc觸頭材料，日立公司采用Co-Ag-Se觸頭材料，三菱公司還采用一種Cu-Cr-Bi-多元合金觸頭材料，富士公司采用CuCr中添加高蒸汽的材料。前蘇聯(lián)全蘇電工

10、研究院先后開(kāi)發(fā)過(guò)不少真空滅弧室觸頭材料，在其所生產(chǎn)的第二代真空滅弧室中，觸頭出Cr-Cu-W合金材料制成，以此代替了第一代滅弧室中所用的Cu-Bi-B合金。用這種材料制成的觸頭間隙具有較高的電氣強(qiáng)度，因而與第一代滅弧室比較，觸頭行程可平均減小30%。這種合金材料也具有較高的耐電腐蝕性，與第一代相比。其滅弧室的操作壽命和機(jī)械壽命提高1.52.5倍。據(jù)說(shuō)國(guó)外還研制出一種Cu-Cr-Ne觸頭材料，其性能優(yōu)異，但造價(jià)昂貴。應(yīng)該指出的是，目前在國(guó)外所開(kāi)發(fā)的觸頭材料中，還沒(méi)有一種能同時(shí)滿足所有要求(開(kāi)斷容量大、耐壓強(qiáng)度高、截流水平低、電磨損率小、抗熔性能好等)的萬(wàn)能性觸頭材料。這些材料多半是加進(jìn)某種成分，

11、使得某種參數(shù)改善，但其它參數(shù)卻變壞。例如，加進(jìn)鉍可減少截流和熔焊程度，但同時(shí)會(huì)降低電氣強(qiáng)度，還會(huì)明顯降低開(kāi)斷能力。加進(jìn)大量的鐵和鉻，會(huì)大大增加耐電氣腐蝕性，提高開(kāi)斷電梳和電氣強(qiáng)度，但同時(shí)增大了平均電阻，并繼而使得額定電流通過(guò)時(shí)真空滅弧室的溫升提高。真空滅弧室是真空斷路器的心臟，真空斷路器的可靠性在很大程度上取決于真空滅弧室的可靠性，因而真空滅弧室的制造技術(shù)至關(guān)重要。真空滅弧室的外殼過(guò)去多采用玻璃材料制造，造價(jià)較低。目前在國(guó)外，一般都采用陶瓷外殼，多數(shù)是高鋁陶瓷。它最大能承受1600的高溫，其熔點(diǎn)為2030 ，耐壓強(qiáng)度高。金屬封接材料采用與陶資熱膨脹系數(shù)十分接近的FeNiCo合金。陶瓷焊接面是經(jīng)

12、MoMn化學(xué)結(jié)合法形成陶瓷金屬化層，用熔化溫度為779 的AgCu28作為焊接材料，在真空中進(jìn)行釬焊，也可在惰性氣體中進(jìn)行焊接。德國(guó)AEG公司在制造過(guò)程中所采用的釬焊工藝，是在釬焊以前，把一種特殊的金屬鍍層應(yīng)用到高純氧化鋁陶瓷上，這種鍍層要在1500以上的氫氣中經(jīng)過(guò)燒結(jié)熱處理。真空滅弧室的觸頭材料也與制造技術(shù)密切相關(guān)，現(xiàn)在銅鉻合金觸頭材料仍為真空滅弧室采用的最好的觸頭材料。真空滅弧室的屏蔽罩一般采用中封式結(jié)構(gòu)，它改善了電場(chǎng)分布，提高了絕緣強(qiáng)度。波紋管的制造技術(shù)對(duì)滅弧室的機(jī)械壽命很重要。世界各公司都在不斷改進(jìn)波紋管的制造工藝，提高其壽命。西門子公司對(duì)每批波紋管抽一定數(shù)量進(jìn)行壽命試驗(yàn)，試驗(yàn)不合格就

13、不能投入生產(chǎn)線，還要檢查波紋管的壁厚，壁厚不均勻的波紋管也不能使用。波紋管一般選用不銹鋼材料，目前有成型波紋管和焊接波紋管。成型波紋管用于真空斷路器中。焊接波紋管伸縮行程大、壽命長(zhǎng)、體積大、造價(jià)高，多用于真空接觸器中。英國(guó)對(duì)波紋管的試驗(yàn)研究表明，增加波紋管的波數(shù)并不能有效地延長(zhǎng)液紋管的壽命。波紋管的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足使波紋管的操作行程比率和波紋管的伸縮長(zhǎng)度比率為0.30.4.西門子公司在真空斷路器滅弧技術(shù)中采用了等離子體技術(shù)，以減少觸頭表面的燒蝕和磨損，這樣使真空滅弧管發(fā)生故障的平均時(shí)間為25年。對(duì)真空滅孤室進(jìn)行高壓老練，可除去觸頭表面的微粒。其機(jī)理是利用場(chǎng)致發(fā)射作用，蒸發(fā)除去觸頭表面細(xì)絲或針狀物。一

14、般老練電壓為30100V電流為幾百安?，F(xiàn)在國(guó)外先進(jìn)制造公司普遍采用一次封排工藝。真空滅弧室的排氣和封接過(guò)程用一次封排真空爐完成，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作控制。英國(guó)GEC公司用的是本國(guó)Torvac公司生產(chǎn)的電子控制一次封排真空爐。在德國(guó)，ABB集團(tuán)公司采用大型橫向一次卸排真空爐，其最高工作溫度達(dá)到1300，工作效率很高，ABB公司稱他們的爐子可年產(chǎn)30萬(wàn)個(gè)真空滅弧室。有一些公司采用與顯象管排氣臺(tái)類似的設(shè)備即排氣小車，在軌道上步進(jìn)的長(zhǎng)排車對(duì)真空滅弧室進(jìn)行排氣。兩種工藝都具有很高的生產(chǎn)效率，旦相比而言，一次封排工藝要求嚴(yán)，不易掌握；長(zhǎng)排車排氣的工藝靈活性大，但設(shè)備投資大。操動(dòng)機(jī)構(gòu)是保證真空斷路器機(jī)械可靠性的

15、重要環(huán)節(jié)，因而各制造公司不斷對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。西門子、Calor Emag、日立、三菱、富士等公司都研制使用性能較好的專門配真空斷路器的電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能彈簧機(jī)構(gòu)(也可手動(dòng))，機(jī)械壽命達(dá)10000次操作，高的可達(dá)70000次。西門子公司生產(chǎn)的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)采用蝸輪蝸桿，結(jié)構(gòu)緊湊、加工精度高、可靠性高。Calor Emag公司生產(chǎn)的彈簧機(jī)構(gòu)是采用盤簧儲(chǔ)能，可調(diào)節(jié)操作功率，分二次脫扣。日本東芝公司自1962年開(kāi)始生產(chǎn)真空滅弧室以來(lái)，發(fā)展速度很快，已累計(jì)生產(chǎn)真空滅弧室170萬(wàn)只，36kV以下真空斷路器的生產(chǎn)量占該公司斷路器總產(chǎn)量的80%。德國(guó)西門于公司生產(chǎn)真空斷路器巳有15年的歷史，到1992年累計(jì)產(chǎn)量達(dá)1

16、0萬(wàn)臺(tái)，它的產(chǎn)品包括3AF、3AG、3AH 等型號(hào)。3AF所用的真空滅弧室采用西門子公司獨(dú)立開(kāi)發(fā)的杯狀縱磁場(chǎng)觸頭，滅弧室的小型化程度很高。3AH型的零部:嚴(yán)比山型大大減少，性能更可靠，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)更先我國(guó)真空斷路器研究開(kāi)始于1958年，1964年研制成功國(guó)內(nèi)第-臺(tái)10kV、1.5kA三相真空斷路器。1973年正式生產(chǎn)中壓斷路器，1978年開(kāi)始生產(chǎn)低壓真空接觸器。從1978年至今不論在技術(shù)上還是在生產(chǎn)的產(chǎn)量和品種上，都有很大發(fā)展。目前，我國(guó)1035kV電壓等級(jí)斷路器已趨于成熟。但是這并不能滿足電力系統(tǒng)的需要，且與世界先進(jìn)水平的差距也很明顯。二、發(fā)展中存在的問(wèn)題（1）真空斷路器以其很強(qiáng)的滅弧能力受

17、到廣泛的應(yīng)用，但正因?yàn)闇绻履芰μ珡?qiáng)，帶來(lái)了截流過(guò)電壓的產(chǎn)生，尤其對(duì)感性小電流更易發(fā)生截流。減小截流值是解決和杜絕截流過(guò)電壓產(chǎn)生的關(guān)鍵。對(duì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)也是一個(gè)必須深入研究的課題。當(dāng)前從觸頭材料方面降低截流值的研究在國(guó)際各大公司有很大進(jìn)展，并取得了實(shí)效，但截流值很低的觸頭材料影響開(kāi)斷能力。（2）真空斷路器開(kāi)斷容性負(fù)載時(shí)，由于開(kāi)距很小，也時(shí)常發(fā)生重燃。重燃過(guò)電壓對(duì)電容器組的危害很大，故而這也是應(yīng)深入研究的課題之一。（3）在供電系統(tǒng)中，由于電能損耗等多種原因使供電電壓不穩(wěn)定，為提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，減少線路上的損耗，常采用無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)維持電網(wǎng)的正常工作電壓，保證供電質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)

18、行。這是一種最實(shí)用的、最經(jīng)濟(jì)的方法。眾所周知，在開(kāi)斷與關(guān)合電容器組時(shí)，主要存在兩個(gè)問(wèn)題，一是合閘涌流，二是分閘過(guò)電壓。在大容量分組自動(dòng)開(kāi)斷與關(guān)合并聯(lián)電容器組的裝置中，這些問(wèn)題尤為突出。早期使用的真空斷路器由于性能不完善，在開(kāi)斷與關(guān)合過(guò)程中，由于涌流和多次重燃的出現(xiàn)，產(chǎn)生了高的過(guò)電壓，給斷路器和電力設(shè)備帶來(lái)嚴(yán)重危害。有些真空斷路器在投切電容器組時(shí)重燃率竟高達(dá)11%。在以前的真空斷路器開(kāi)斷與關(guān)合電容器組的實(shí)驗(yàn)中，多次發(fā)生重燃現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)真空斷路器開(kāi)斷電容器組的性能不穩(wěn)定，就是同一種型號(hào)，開(kāi)斷性能也不一定相同，不同型號(hào)的差異就更大。第二節(jié) 不同負(fù)載下的操作過(guò)電壓電力系統(tǒng)中的電容、電感均為儲(chǔ)能元件，當(dāng)操

19、作或故障使其工作狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，將有過(guò)渡過(guò)程產(chǎn)生。在過(guò)渡過(guò)程中，由于電源繼續(xù)供給能量，而且儲(chǔ)存在電感中的磁能會(huì)在某一瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)橐造o電場(chǎng)能量的形式存儲(chǔ)在系統(tǒng)的電容之中，所以可產(chǎn)生數(shù)倍于電源電壓的操作過(guò)電壓，它們是在幾毫秒甚至幾十毫秒之后消失的暫態(tài)過(guò)電壓。電力系統(tǒng)中常見(jiàn)的操作過(guò)電壓總體分為中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中的間歇電弧接地過(guò)電壓、開(kāi)斷電感性負(fù)載(空載變壓器、電抗器、電動(dòng)機(jī)等)過(guò)電壓、開(kāi)斷容性負(fù)載(空載線路、電容器組等)過(guò)電壓、空載線路合閘(包括重合閘)過(guò)電壓和系統(tǒng)解列過(guò)電壓等。操作過(guò)電壓的研究是與電力系統(tǒng)的發(fā)展聯(lián)系在一起的。由于電網(wǎng)運(yùn)行方式、故障類型、操作過(guò)程的復(fù)雜多樣，以及其他各隨機(jī)因素的影響，往

20、往給操作過(guò)電壓的理論分析和計(jì)算帶來(lái)較多困難。目前，對(duì)操作過(guò)電壓的定量分析，大都依靠系統(tǒng)實(shí)測(cè)記錄、模擬研究和計(jì)算機(jī)計(jì)算來(lái)進(jìn)行。一、間歇電弧接地過(guò)電壓在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)中，單相接地并不改變電源變壓器三相繞組電壓的對(duì)稱性，并且接地電流一般也不大，不必立即切除線路，中斷對(duì)用戶的供電，運(yùn)行人員可借接地指示裝置來(lái)發(fā)現(xiàn)故障并設(shè)法找出故障及時(shí)處理，這就大大提高了供電可靠性。當(dāng)然，單相接地運(yùn)行會(huì)使非故障相電壓升高，但對(duì)60kV及以下的電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，這不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成很大危險(xiǎn)，因此，我國(guó)60kV及以下的電網(wǎng)采用中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式。中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，通過(guò)接地點(diǎn)的電流I是非故障相對(duì)地電容電流的總和。對(duì)于

21、660kV架空線路，每相每公里對(duì)地電容約為50006000pF。每米的接地電流可按表1作粗略估計(jì)。三芯電纜的接地電容電流約為架空線路的25倍，單芯電纜的接地電容電流約為架空線路的50倍。由表1可知，當(dāng)一個(gè)l0kV電網(wǎng)的架空線路總長(zhǎng)度不超過(guò)l000km，一個(gè)35kV電網(wǎng)的架空線路總長(zhǎng)度不超過(guò)l00km時(shí)，它們的單相接地電流將分別不超過(guò)30A和 l0A。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明此時(shí)由于電動(dòng)力和發(fā)熱的作用，接地電弧被拉長(zhǎng)，一般能在幾秒至幾十秒內(nèi)自行熄滅。當(dāng)電網(wǎng)總長(zhǎng)度更大時(shí)，進(jìn)一步增大，接地電弧一般不能自熄弧。但不論接地電弧能否自熄弧，試驗(yàn)證明，在接點(diǎn)電流為數(shù)安至數(shù)百安的范圍內(nèi)，都能產(chǎn)生電弧接地過(guò)電壓。這是因?yàn)榻?/p>

22、地電流每一次通過(guò)零點(diǎn)時(shí)，電弧都要有一個(gè)暫時(shí)性熄滅，當(dāng)恢復(fù)電壓超過(guò)其介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度時(shí)，又將再一次發(fā)生對(duì)地?fù)舸?。?dāng)恢復(fù)電壓超過(guò)其介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度時(shí)，又將再一次發(fā)生對(duì)地?fù)舸．?dāng)接地電流太大時(shí)，這一暫時(shí)性熄弧的時(shí)間微不足道，可認(rèn)為電弧是穩(wěn)定的燃燒。當(dāng)接地電流太小時(shí)，由于絕緣強(qiáng)度恢復(fù)很快，難以再一次擊穿，所以暫時(shí)性熄弧可以轉(zhuǎn)為永久性熄弧。而當(dāng)接地電流為數(shù)安至數(shù)百安時(shí)，電弧暫時(shí)性熄滅約為10ms左右。表1 單相接地電流的估計(jì)值額定電壓（kV）單相接地電流（mA/m）無(wú)避雷線有避雷線60.02100.03200.06350.100.12600.20圖3 單相接地電路圖及矢量圖伴隨著每次的再度擊穿，都會(huì)引起電網(wǎng)中電

23、磁能的強(qiáng)烈振蕩，使非故障相、系統(tǒng)中性點(diǎn)甚至故障相產(chǎn)生過(guò)渡過(guò)程過(guò)電壓。在實(shí)際電網(wǎng)發(fā)生間歇性電弧接地時(shí)，熄弧和重燃過(guò)程是極復(fù)雜的。另外，尚應(yīng)考慮線路相間電容的影響、絕緣子串泄漏電荷的影響以及網(wǎng)絡(luò)損耗電阻對(duì)過(guò)渡過(guò)程振蕩的衰減作用等。如前所述，實(shí)際的過(guò)電壓倍數(shù)最大為3.5.絕大部分均小于3.1。間歇電弧接地過(guò)電壓幅值并不太高，對(duì)于現(xiàn)代中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中的一般設(shè)備，因?yàn)樗鼈兙哂休^大的絕緣裕度，是能承受這種過(guò)電壓的。但因這種過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，過(guò)電壓遍及全網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)內(nèi)裝設(shè)的絕緣較差的老設(shè)備、線路上存在的絕緣弱點(diǎn)，尤其是直配電網(wǎng)中絕緣強(qiáng)度很低的旋轉(zhuǎn)電機(jī)等，都將存在較大威脅，在一定程度上影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。我國(guó)

24、曾多次發(fā)生間歇電弧過(guò)電壓造成的停電事故，因此，仍應(yīng)對(duì)電弧接地過(guò)電壓予以重視。防止電弧接地過(guò)電壓的危害，要保證電氣設(shè)備絕緣良好，為此應(yīng)做好定期預(yù)防性試驗(yàn)和檢修工作，運(yùn)行中應(yīng)注意監(jiān)視和維修工作(例如清除嚴(yán)重污垢等。二、開(kāi)斷電感性負(fù)載時(shí)的過(guò)電壓在電力系統(tǒng)中常有開(kāi)斷電感性負(fù)載的操作，例如開(kāi)斷空載變壓器、電抗器及電動(dòng)機(jī)等，在這些操作過(guò)程中可能出現(xiàn)幅值較高的過(guò)電壓。1 開(kāi)斷空載變壓器過(guò)電壓（見(jiàn)技術(shù)問(wèn)答）2 開(kāi)斷電動(dòng)機(jī)過(guò)電壓開(kāi)斷高壓感應(yīng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，斷路器也要切斷電感性電流，產(chǎn)生與開(kāi)斷空載變壓器相似的過(guò)電壓。但電動(dòng)機(jī)的參數(shù)隨轉(zhuǎn)差率的變化而變化，開(kāi)斷空載電動(dòng)機(jī)與開(kāi)斷制動(dòng)狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)，其過(guò)電壓值相差很大。使用的斷路

25、器類型不同，過(guò)電壓也不一樣，一般采用少油斷路器開(kāi)斷，這主要是由于截流產(chǎn)生的截流過(guò)電壓，當(dāng)用真空斷路器開(kāi)斷時(shí)，除截流過(guò)電壓外，還產(chǎn)生三相同時(shí)開(kāi)斷過(guò)電壓和高頻重燃過(guò)電壓。3開(kāi)斷電容器組過(guò)電壓開(kāi)斷三相中性點(diǎn)不接地的電容器時(shí)，會(huì)在電容器及其中性點(diǎn)上出現(xiàn)較高的過(guò)電壓。三、真空斷路器開(kāi)斷與關(guān)合感性負(fù)載操作過(guò)電壓的抑制1截流過(guò)電壓的抑制方法（1）采用新型觸頭結(jié)構(gòu)和低涌流觸頭材料。（2）改進(jìn)真空斷路器的速度特性。（3）采用“二級(jí)提前分離”真空斷路器。2限制截流過(guò)電壓保護(hù)（識(shí)圖書）第三節(jié) 10kV真空開(kāi)關(guān)柜的常見(jiàn)故障開(kāi)關(guān)柜的故障可分成電氣絕緣故障和機(jī)械故障，真氣開(kāi)關(guān)柜故障較多的有以下四種類型:（1）真空開(kāi)關(guān)柜裝

26、配的隔離開(kāi)關(guān)支柱絕緣子爬距不夠造成的表面閃絡(luò)短路。（2）真空滅弧空真空度泄漏導(dǎo)致的絕緣擊穿。（3）電纜出線柜避雷器安裝地點(diǎn)的不恰當(dāng)導(dǎo)致雷電季節(jié)的三相對(duì)地放電短路。（4）梅雨季節(jié)真空開(kāi)關(guān)柜絕緣支撐桿受潮劣化造成開(kāi)關(guān)整體絕緣電阻下降。一、故障及原因1.隔離開(kāi)關(guān)支柱絕緣于爬距不夠造成的表面閃絡(luò)短路真空開(kāi)關(guān)柜屬于全密封壓縮式的設(shè)計(jì)模式，隔離開(kāi)關(guān)在其分閘時(shí)帶電部分對(duì)地絕緣距離實(shí)際為l2.5cm，其支柱絕緣子的對(duì)地垂直距離為13cm，爬距凈值經(jīng)測(cè)試為18cm，均處于10kV要求的安全距離的下限。實(shí)際運(yùn)行情況表明，在干燥的運(yùn)行環(huán)境下，這樣的爬距凈值并不會(huì)造成閃絡(luò)；但南方潮濕氣候類型，在春夏兩季，雨水較多，空

27、氣濕度很大，加上10kV開(kāi)關(guān)柜又安裝在一樓，支柱絕緣子表面的凝露潮濕降低了爬距凈值。當(dāng)發(fā)生瞬間的操作過(guò)電壓或雷擊感應(yīng)過(guò)電壓時(shí)，絕緣子表面的閃絡(luò)隨之發(fā)生。一旦發(fā)生多相支柱絕緣子嚴(yán)重的對(duì)地閃絡(luò)放電，即形成兩相或三相接地短路。由于短路范圍屬于開(kāi)關(guān)柜本體保護(hù)出口，本柜保護(hù)無(wú)法動(dòng)作跳閘，需由后備保護(hù)經(jīng)一定延時(shí)才可將故障切除。在繼電保護(hù)延時(shí)的時(shí)間里，灼熱高溫的電弧已將開(kāi)關(guān)柜毀壞，如連接鋁排燒熔，支柱絕緣子裙套削平，真空滅弧室燒裂等。2.真空滅孤室真空度泄漏導(dǎo)致的絕緣擊穿 真空滅弧室是真空斷路器正常運(yùn)行時(shí)切斷負(fù)荷電流和在線路發(fā)生故障時(shí)切斷故障電流的主要元件，它的工作原理是依靠真空滅弧室內(nèi)部的高度真空在電流過(guò)

28、零時(shí)對(duì)分合閘產(chǎn)生的電弧進(jìn)行滅弧，從而達(dá)到切斷電流的目的，因此真空滅弧室的真空度是真空斷路器工作的關(guān)鍵所在。由于真空滅弧室是依靠機(jī)械手段安裝在斷路器的上下支架之間，上下支架由兩條絕緣支撐桿連接以加強(qiáng)應(yīng)力強(qiáng)度，加上支柱絕緣子、拉合絕緣桿、主軸以及動(dòng)作拐臂等元件組成一相真空斷路器。真空斷路器的分合動(dòng)作與其軸向的裝配緊密程度是影響真空滅弧室真空度的主要原因。如果真空斷路器動(dòng)作較為頻繁(如電容器柜)，加上真空斷路器軸向裝配上下偏移度較大，則真空滅弧室泄漏就會(huì)很明顯。一旦真空度泄漏至無(wú)法在拉合電流時(shí)做到滅弧，該真空滅弧室即報(bào)廢需予以更換。否則因電弧不能熄滅將在真空滅弧室里產(chǎn)生高溫高壓氣體，導(dǎo)致真空滅弧室爆

29、裂的嚴(yán)重后果。3.避雷器安裝地點(diǎn)不恰當(dāng)導(dǎo)致三相對(duì)地放電短路故障 lOkV開(kāi)關(guān)柜出線，分架空出線和電纜出線兩種方式。從運(yùn)行情況來(lái)看，電纜出線的開(kāi)關(guān)柜故障率遠(yuǎn)高于架空出線開(kāi)關(guān)柜，在南方69月雷雨季節(jié)期間特別明顯。經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析，發(fā)現(xiàn)故障的發(fā)生均由出線避雷器引起。開(kāi)關(guān)柜為全封閉壓縮式，其機(jī)械尺寸及電氣安全距離均采用最低限度尺寸，對(duì)于架空出線而言，不存在這種問(wèn)題，因其出線避雷器安裝在出線構(gòu)架上。而電纜出線開(kāi)關(guān)柜則不同，由于開(kāi)關(guān)柜空間狹小，電纜頭與鋁排、出線避雷器一起安裝在開(kāi)關(guān)柜后，帶電點(diǎn)與開(kāi)關(guān)柜后門距離只有1516cm ,當(dāng)雷電波沿線路侵入時(shí)，由于避雷器安裝于開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，無(wú)法將雷電波隔絕于開(kāi)關(guān)柜外，只能在

30、開(kāi)關(guān)柜內(nèi)消除，瞬間強(qiáng)大的雷電流在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)引起三相接地短路。由于短路是本開(kāi)關(guān)柜出口短路，本柜繼電保護(hù)無(wú)法動(dòng)作將故障切除，經(jīng)一定延時(shí)后由上一級(jí)保護(hù)動(dòng)作將故障切除，在保護(hù)動(dòng)作時(shí)間內(nèi)三相短路電弧足可將整個(gè)開(kāi)關(guān)柜燒毀。4.絕緣支撐桿受潮導(dǎo)致整體絕緣電阻值下降故障 ZN28-lOA型真空斷路器的上下支架由兩條絕緣支撐桿支撐以加強(qiáng)應(yīng)力強(qiáng)度，而上下支架是導(dǎo)電體，要實(shí)現(xiàn)真空斷路器的拉合閘以切斷電流就要求與其并聯(lián)的絕緣支撐桿必須是完全絕緣的。實(shí)踐表明正是由于絕緣支撐桿的受潮劣化(該支撐桿是由環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄而成)造成真空斷路器整體絕緣的劣化，導(dǎo)致對(duì)真空滅弧室品質(zhì)好壞的誤判。此類故障在南方潮濕的運(yùn)行環(huán)境下常會(huì)發(fā)生，并且

31、在每次的年檢中均可發(fā)現(xiàn)。按電氣預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定，判斷真空斷路器好壞的標(biāo)準(zhǔn)就是對(duì)lOkV真空斷路器斷口加42kV交流電壓持續(xù)lmin時(shí)間，若不會(huì)擊穿且前后絕緣電阻值變化不大，則表明該真空滅弧室沒(méi)有問(wèn)題。當(dāng)發(fā)生以上兩種現(xiàn)象時(shí)則懷疑真空滅弧室已出現(xiàn)泄漏才導(dǎo)致絕緣下降甚而擊穿，一般都會(huì)將整相斷路器換掉，以保證運(yùn)行的安全。將換下的真空斷路器進(jìn)行解體測(cè)試，發(fā)現(xiàn)不是真空滅弧室絕緣損壞，而是絕緣支撐桿受潮劣化引起。經(jīng)詢問(wèn)廠家技術(shù)人員得以證實(shí)，該批真空斷路器絕緣支撐桿是以北方氣候環(huán)境為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的，只適用北方干燥的天氣，對(duì)于南方潮溫天氣而言，卻是一個(gè)較為嚴(yán)重的絕緣隱患。二、故障的處理措施針對(duì)lOkV真空開(kāi)關(guān)柜投

32、運(yùn)后故障率居高不下的現(xiàn)象，有關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行了認(rèn)真系統(tǒng)的分析，將這些故障進(jìn)行分類，根據(jù)不同的故障采取了積極有效的改進(jìn)措施，在實(shí)際運(yùn)行中取得了良好的效果。1.隔離開(kāi)關(guān)支柱絕緣子爬距不夠?yàn)榱嗽龃笈谰?，技術(shù)人員在絕緣子表面首先噴涂絕緣漆，在短時(shí)間內(nèi)收到了一定的效果，降低了該類故障的發(fā)生，但是由于絕緣漆受溫度等因素的影響無(wú)法從根本上解決問(wèn)題。后經(jīng)與廠家協(xié)商，更換為由廠家提供高爬距支柱絕緣子裝配而成的隔離開(kāi)關(guān)全部予以更換，實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)改造杜絕了該類故障的發(fā)生。2.真空滅弧室真空度發(fā)生泄漏問(wèn)題 對(duì)于真空滅弧室真空度發(fā)生泄漏問(wèn)題，因牽涉的技術(shù)難度較高，因素也較多，首先必須從源頭抓起，即要求在采購(gòu)真空

33、滅弧室時(shí)要選用知名廠家提供的質(zhì)量可靠的真空滅弧室。其次，在裝配真空滅弧室時(shí)要求廠家技術(shù)人員給予技術(shù)上的支持，提高真空斷路器整組的裝配質(zhì)量，避免因機(jī)械原因造成真空滅弧室的泄漏。第三，對(duì)于年檢和日常運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的有故障預(yù)兆的真空斷路器加強(qiáng)巡視，縮短預(yù)防性試驗(yàn)周期，一旦試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，如絕緣電阻急劇下降馬上予以更換。由于以上措施得力，此類故障的發(fā)生勢(shì)頭得到了遏制。3.電纜出線柜避雷器安裝問(wèn)題 此類問(wèn)題屬于較為簡(jiǎn)單但不易發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，經(jīng)屢次發(fā)生故障后(此類故障造成的后果十分嚴(yán)重，往往是整個(gè)開(kāi)關(guān)柜的毀壞)才引起對(duì)避雷器安裝地點(diǎn)的重視。解決的方法是將裝在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的避雷器移裝于lOkV出線構(gòu)架上，與出線構(gòu)架共用同一接地體，這樣既消除了雷電侵入時(shí)不會(huì)直接引入開(kāi)關(guān)柜，不會(huì)在開(kāi)關(guān)柜里對(duì)地放電造成三相短路，也消除了開(kāi)關(guān)柜空間狹小和安裝避雷器、電纜頭、出線鋁排等諸多設(shè)備造成的電氣安全距離不夠的隱患，取得了良好的效果。4.真空斷路器絕緣支撐桿問(wèn)題 絕緣支撐桿是由環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄而成的固體件，在斷路器帶電時(shí)要承受10kV額定電壓，異常情況下要承受操作過(guò)電壓等高于額定電壓的高壓值，要求澆鑄時(shí)不可有氣泡和雜質(zhì)存在。一旦有氣泡和雜質(zhì)存在，支撐桿的整體絕緣品質(zhì)馬上下降。在年檢預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，按規(guī)程規(guī)定，對(duì)斷路器斷口加壓42kV lmin后測(cè)試斷路器斷口絕緣電阻，此時(shí)斷路器絕緣電阻值下降即是絕緣支撐桿劣化引起的，這種現(xiàn)象在潮