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浅谈抑制真空开关的操作过电压

北极星电力网技术频道    作者:电力论文3   2007/12/24 18:43:06   

 关键词:  变压器 开关 电压

过电压对电力系统的安全稳定运行十分有害,轻则造成绝缘击穿、设备损坏;重则网络失稳、系统瓦解。对电力系统绝缘构成威胁的过电压有两大类。一类是大气过电压(也叫外过电压),即直击雷和感应雷过电压,只有在雷雨季节和恶劣天气才会发生。而另一类则是更多的内过电压,即操作过电压(包括谐振过电压),它是在电力系统运行方式发生变更的瞬间和倒闸操作的瞬间发生的过电压。

  真空开关过电压类型

  截流过电压:由于真空开关灭弧室本身特性的原因,在开断交流电流时,当电流在从峰值下降尚未到达自然过零点时,电弧熄灭、电流突然中断,即常言的截流现象。开断时间越短、截断电流的变化率越大,过电压越高、越危险!这种截流过电压现象也非真空开关的“专利”,其它灭弧介质的开关都可能发生这种现象,只是真空开关更容易发生截流过电压。研究发现:开关分闸速度、开关触头的材料和几何形状与尺寸、灭弧室真空度、开断电极的初始相位、以及开断次数和负荷特性等,都影响截流过电压。
  
  (多次)重燃过电压:真空开关在投切电力电容器或开断较大的电感性负荷,如断开发电厂锅炉给水泵电机的启动电流时,真空开关三相触头不会完全同时开断,必然有个先后,加上三相交流电流过零时刻前后相差120度。因此存在着一相先断开,然后另外两相相继断开电路。假如其中一相恰好是在该相电流过零值(或零值附近)时断开,电弧首先熄灭,开断的瞬间动静触头间的距离还很小,更没有达到额定开距,那么开端的触头间发生电压恢复过程,较小的触头间隙介质恢复强度不高,在较高的恢复电压作用下,间隙可能被击穿,电弧重燃。
  
  开断容性负载过电压:真空开关机械寿命长、少维护等优点。与其它类型的开关相比,实践证明其开断容性负载的性能还是较好的。然而,屡次的《绝缘监督(技术监督)》通报告诉大家,真空开关在投切电力电容器组情况并不理想。其原因是:对真空灭弧室绝缘要求比较高、介质耐压水平要求比较高,介质恢复强度也必须稳定,不能满足投切电容器组的实际需要。
  
  接通过电压:真空开关在关合过程中,触头机械位置接通之前,间隙预击穿,通过高频电流、高频电流过零、电弧熄灭……。类似开断时的情况,开关闭合,过电压随即降低,其峰值受到抑制,不会产生较高的电压,危害也十分有限。

  抑制操作过电压的方法

  ——在开关内部:触头是真空灭弧室的关键部件,触头材料的构成成份、纯度、表面光洁度、装配工艺都直接影响真空开关的截流水平。触头材料主要用铜铬合金和铜铋合金、铜钨合金,国外有使用高纯度铜和高纯度钢材料的;触头几何形状对击穿电压有相当影响:触头电极曲率半径大的比曲率半径小的电极承受击穿电压的能力要强的多,触头材料曲率半径大,无形中要增加触头材料,提高了成本。所以,真空开关选型、定货时要对灭弧室提出单独的技术要求。由于冶金和成型工艺的差异,国产装备优良、工艺精细、设计水平高的真空开关产生操作过电压的倍数明显要小。虽然差距在缩小,进口真空开关的过电压性能目前依然优于国产设备。


  
  ——“老练”工艺处理:高电压、大电流法老练处理后的灭弧室对抑制操作过电压和降低重燃率效果显著;触头高压小电流、低压大电流、直流老练法工艺的普遍采用,对抑制操作过低压有明显的效果。灭弧室的真空度和洁净度对触头重燃和过电压倍数有较大影响,洁净度越高、真空度越高,重燃率越低、过电压倍数越小。
  
  ——灭弧室外部方面:外接非线性电阻吸收器是目前广泛采用并收到较好效果的。氧化锌(ZNO)避雷器,即氧化锌压敏电阻,它具有半导体稳压管的作用,工频电压下呈现的阻值很大;当外加电压升高到某一设定值后,阻值剧降,其限制电压设置不可太低,否则起始动作电压也低,影响寿命。这种设备具有较好的非线性特性、动作快、伏安特性平坦、寿命长、体积小、易维护等优点受到电力工作者欢迎,但投运前和运行后要定期做高压试验。
  
  ——负载端并联电阻-电容(R-C保护器):三相分别把电阻R与电容C串联作为保护元件并联在负荷进线端。这种RC过电压抑制器,利用电容器的充电过程,可以延缓过电压的上升陡度。电阻器的作用是发生截流时,吸收负载回路高频振荡时的电磁能量,有效地抑制过电压。这种过电压抑制器接线有严格的要求,不可三相电阻星型联结后串接电容器接地。
  
  ——负载端并联电容器或串联电抗器:这两种方法虽然抑制过电压有一定效果,但使用范围较窄。并联电容器主要保护变压器受过电压危害;串联电抗器主要保护电动机。

来源:中国电能质量
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