真空斷路器用作發(fā)電機出口斷路器的探討
| 摘要：早期的真空斷路器由于存在著截流值高，造成過電壓高，容易擊穿絕緣介質的致命缺點，較少被用作發(fā)電機出口斷路器。世界上第一臺發(fā)電機出口斷路器是由ABB公司生產的空氣斷路器，隨后出現(xiàn)了SF6斷路器。 關鍵字：空氣斷路器 真空斷路器 滅弧原理 在我國，SF6發(fā)電機出口斷路器的引入也比較早，在水電廠及中小型火電廠應用的數(shù)量比較多。但是，20世紀70年代以來，隨著對真空電弧的研究及觸頭材料技術的發(fā)展，Cu－Cr合金開始用于觸頭的制造材料，觸頭的形狀也從早期的簡單的圓柱型改進為螺旋的帶有橫齒的形狀，這些改進將真空斷路器的截流值從原來的8～12 A降低到平均3 A，******為5 A的水平。技術和材料的改進使真空斷路器用作發(fā)電機出口斷路器的主要障礙逐步被消除，而同時使它的結構簡單、可靠性高、維護量小及壽命長等優(yōu)點日益顯現(xiàn)出來。真空斷路器被越來越廣泛地用作發(fā)電機出口斷路器。現(xiàn)以Sie mens公司生產的3AH真空斷路器為例，對真空斷路器的主要特點進行簡要分析。 1 真空斷路器的技術特點 1．1 滅弧原理及基本結構 真空斷路器的滅弧原理是在真空泡內觸頭拉開時，產生電弧，電弧內攜帶了蒸發(fā)的金屬氣體，這些氣體是從觸頭表面產生的，最后還會冷卻在觸頭表面和封閉罩的內表面。當電流過零點時，原始的真空狀態(tài)迅速恢復，間隙處的介電強度迅速增加，電路被切斷。 由于采用真空作為滅弧介質，斷路器的結構比較簡單，整體部件少。Siemens公司的3 AH（6 300 A，50 kA）真空斷路器組裝在一個類似于高壓開關柜的框架內，整體重量輕。操作結構為彈簧操作機構，操作的動應力??；安裝在門上，對土建基礎要求簡單，只需預埋幾個扁鐵供安裝時焊接框架即可，安裝時間短?！?nbsp; 1．2 可靠性及使用壽命 真空斷路器的真空泡在正常情況下，在整個壽命期內都是密封的，所以可以保證很高的真空度，在斷路器操作過后，真空度也不會降低，這就保證了額定電流和額定開斷電流值不會降低，有效地提高了斷路器的可靠性。在產生電弧時，由于會產生金屬氣體，斷路器的觸頭會有一些磨損，但是這種磨損程度很小，完全在可控范圍內，在要求的機械操作10 000次壽命期內是徹底免維護的。因此，可以說真空斷路器正常的使用壽命可以達到幾百年，超過ANSI，IEC標準要求的使用壽命。 1．3 對環(huán)境的影響 真空斷路器產生的是少量的純金屬氣體，Cu，Cr氣體，而且基本被觸頭重新捕捉，即使在最惡劣的情況下，即真空泡破裂，釋放出的氣體對環(huán)境的影響也小得可以忽略不計。 2 用作發(fā)電機出口斷路器的分析 發(fā)電機出口短路時，短路電流中含有很高的直流分量，直流分量是依定子繞組的時間常數(shù)τa＝Xd 〃／2πfRa衰減的（Xd〃為發(fā)電機次暫態(tài)電抗，f為發(fā)電機頻率，Ra為定子繞組的電阻），短路電流可能具有100 ms或更長的電流零點。故障后，觸頭分離產生的電弧電阻進一步減小了直流分量的時間常數(shù)，使得直流分量衰減得更快，從而產生電流過零點。根據(jù)Siemens公司提供的實例計算，其真空斷路器可以滿足切斷電流的要求。 良好的滅弧介質和觸頭材料使得真空斷路器能滿足IEEE要求的暫態(tài)恢復電壓速率。IEEE標準規(guī)定的發(fā)電機源故障的暫態(tài)恢復電壓參數(shù)為1．8kV／μs（發(fā)電機額定容量為101～400 MVA）。Siemens公司真空斷路器的暫態(tài)恢復電壓為4．5kV／μs，在開斷容量為50 k A時可開斷80％的直流分量。 3 結束語 綜合以上特點，真空斷路器具有高可靠性、免維護、長壽命等優(yōu)點，技術上能夠滿足作為發(fā)電機出口斷路器的要求。此外，由于整體結構的簡單，真空斷路器的價格在相同的技術參數(shù)下，相比SF6斷路器便宜10％左右。因此，真空斷路器值得在水電廠和需要安裝發(fā)電機出口斷路器的中小型火電廠中推廣使用。 |
