真空斷路器投切電容器組性能現(xiàn)狀與對策

1、真空斷路器投切電容器組性能現(xiàn)狀與對策摘要：根據(jù)真空斷路器投切電容器組型式試驗(yàn)與老煉試驗(yàn)情況總結(jié)，分析了影響重燃的因素及重燃率上升原因，提出降低的方法和對策。 關(guān)鍵詞：真空斷路器投切電容器組重燃前言 真空斷路器具有體積小、滅弧性能好、壽命長、維護(hù)量小、使用安全等優(yōu)點(diǎn)，在中壓系統(tǒng)及配電電網(wǎng)中應(yīng)用日益廣泛。特別是由于其適合頻繁操作的特點(diǎn)，在并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置中基本采用真空斷路器來投切電容器組。 眾所周知，不同與其他負(fù)載，開斷電容器組等容性負(fù)載時，由于電容器存在殘余充電電荷，在斷路器斷口會出現(xiàn)含直流分量的較高恢復(fù)過電壓。真空斷路器投切電容器組的大量試驗(yàn)研究表明，真空斷路器存在弧后延時重?fù)舸┎⒛芨哳l熄弧

2、的特殊現(xiàn)象，即重燃現(xiàn)象。一旦發(fā)生重燃，會產(chǎn)生高幅值的重燃過電壓，特別是多次重燃或多相重燃，其過電壓嚴(yán)重威脅并補(bǔ)裝置和系統(tǒng)安全。因此對于投切電容器組的真空斷路器要求無重燃或低重燃率，國家相應(yīng)制定有GB7675-87交流高壓斷路器的開合電容器組試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，專門用于考核投切電容器組的斷路器性能（必須不發(fā)生重燃）。系統(tǒng)試驗(yàn)站作為國電公司無功補(bǔ)償成套裝置質(zhì)檢中心，長期從事以真空斷路器為主的開合電容器組質(zhì)檢試驗(yàn)、研究，積累了大量數(shù)據(jù)及豐富經(jīng)驗(yàn)，通過分析近幾年試驗(yàn)情況發(fā)現(xiàn)，真空斷路器投切電容器組的性能近幾年出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象，應(yīng)引起各方面的足夠重視。 1性能現(xiàn)狀 我國從六十開始研究真空斷路器,到七十年正式提供產(chǎn)品在

3、現(xiàn)場試運(yùn)行,于八十年代開始實(shí)用化，但在性能上與國外產(chǎn)品相差甚遠(yuǎn)。通過引進(jìn)技術(shù)，加快了我國真空斷路器的發(fā)展，至九十年代，制造技術(shù)日趨成熟,開始進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)階段,產(chǎn)品的種類開始增加,技術(shù)指標(biāo)不斷提高,可靠性基本得到保證。 10kV真空斷路器及滅弧室的制造技術(shù)國內(nèi)在九十年代初完全掌握，產(chǎn)品質(zhì)量趨于穩(wěn)定可靠，規(guī)格日益豐富、齊全，不但廣泛應(yīng)用于并聯(lián)電容器組的投切，并已基本取代油斷路器成為10kV配電網(wǎng)主力。目前國產(chǎn)10kV真空斷路器投切電容器組重燃率基本穩(wěn)定在1.0%左右，質(zhì)量好的廠家可以做到0.5%以下，已基本滿足投切電容器組的低重燃率要求，與國外產(chǎn)品0.1%左右的重燃率相比仍稍有差距，且近幾年來進(jìn)

4、展不大，部分制造廠產(chǎn)品質(zhì)量甚至出現(xiàn)下滑，重燃率明顯上升。 35kV真空斷路器由于工藝要求更高，制造難度更大，其發(fā)展速度及質(zhì)量均落后于10kV斷路器，進(jìn)展較為困難。具體表現(xiàn)為重燃率很高，一般在5%以上，操作機(jī)構(gòu)不可靠。進(jìn)入九十年代后期，通過制造廠家的不斷努力，產(chǎn)品質(zhì)量逐漸提高，性能趨于穩(wěn)定，操作機(jī)構(gòu)可靠性也大大提高，重燃率下降，02年降至2.6%，進(jìn)步明顯。但與采用進(jìn)口滅弧室1.0%左右重燃率相比，仍顯不足，與投切電容器組的低重燃率要求差距仍較大。 隨著市場的擴(kuò)大及日益開放，進(jìn)口及合資品牌的真空滅弧室、斷路器大量增加，國內(nèi)制造廠家面臨日益嚴(yán)重的競爭與挑戰(zhàn)。 2型式試驗(yàn)狀況 紹興電力局系統(tǒng)試驗(yàn)站于

5、七十年代未就開始從事用于切合電容器組的真空斷路器試驗(yàn)研究，于90年開始從事斷路器投切電容器組型式質(zhì)檢試驗(yàn)。表1是近年來10kV真空斷路器開合電容器組型式試驗(yàn)一次性通過的情況，可以看出一次性通過率比較低，原因在于某些制造廠技術(shù)力量不夠，對真空斷路器切合電容器組的特殊性認(rèn)識不足，選用的真空滅弧室質(zhì)量不佳或機(jī)構(gòu)調(diào)整不良所致。 表110kV真空斷路器型式試驗(yàn)一次性通過的情況 年份979899000102 10kV試驗(yàn)試品臺數(shù)101351667 一次性通過率80%76.9%80%75%66.7%57.1% 35kV試驗(yàn)試品臺數(shù)334943 一次性通過率33.3%33.3%25%44.4%50%33.3%

6、 注：試驗(yàn)中如出現(xiàn)重燃則判定為不合格，必須更換滅弧室及調(diào)整機(jī)構(gòu)后才允許繼續(xù)進(jìn)行，該試品判為非一次性通過。 3老煉試驗(yàn)狀況 為了改善真空斷路器投切電容器組的抗重燃性能，除了提高真空滅弧室、斷路器制造質(zhì)量外，對真空斷路器進(jìn)行老煉處理，是一項(xiàng)降低真空斷路器早期重燃率高的有效措施2。表2是近年來真空斷路器投切電容器組老煉試驗(yàn)結(jié)果匯總，試驗(yàn)情況更加全面真實(shí)地反映了用于投切電容器組的真空斷路器性能狀況。 表2真空斷路器歷年老煉試驗(yàn)結(jié)果匯總 年份000102 10kV試驗(yàn)試品臺數(shù)629074 重燃率0.39%1.13%1.91% 35kV試驗(yàn)試品臺數(shù)112417 重燃率2.81%*7.16%2.60% 注：

7、1.10kV真空斷路器按前30次出現(xiàn)重燃次數(shù)統(tǒng)計(jì)。 2.35kV真空斷路器按前60次出現(xiàn)重燃次數(shù)統(tǒng)計(jì)。 *該統(tǒng)計(jì)值中主要是進(jìn)口滅弧室，國產(chǎn)滅弧室高達(dá)15.2.35kV真空斷路器按前60次出現(xiàn)重燃次數(shù)統(tǒng)計(jì)。 *該統(tǒng)計(jì)值中主要是進(jìn)口滅弧室，國產(chǎn)滅弧室高達(dá)15.8。 從表2可以看出，10kV真空斷路器從01年來重燃率呈上升趨 趨勢，經(jīng)分析認(rèn)為原因不在于技術(shù)因素而在于成本、人為因素。主要是制造廠眾多，競爭日益激烈，加上電力部門物資采購普遍采用招投標(biāo)方式，為降低成本，壓低報(bào)價(jià)，一些制造廠不惜采用質(zhì)次價(jià)廉的部件，造成部分廠家的10kV真空斷路器質(zhì)量下降，重燃率明顯上升，個別產(chǎn)品重燃率極高，甚至連續(xù)發(fā)生2相

8、、3相多次重燃，無法通過老煉試驗(yàn)。有的產(chǎn)品在試驗(yàn)中出現(xiàn)絕緣拉桿、支撐件斷裂，甚至在正常操作時外絕緣擊穿等現(xiàn)象，至于出現(xiàn)機(jī)構(gòu)故障或調(diào)整不良則屢見不鮮。有不少產(chǎn)品（滅弧室或斷路器）從未進(jìn)行過投切電容器組型式鑒定試驗(yàn)，其投切電容器組性能是無法得到保證的。 相對于10kV斷路器，35kV真空斷路器重燃率明顯較高，主要原因在于核心部件真空滅弧室制造質(zhì)量仍未取得突破，但近幾年進(jìn)步明顯，操作機(jī)構(gòu)可靠提高，重燃率下降，02年已降至2.6%，為歷年來最好水平。 4原因及對策 真空斷路器發(fā)生重燃即真空絕緣破壞的機(jī)理主要是場致發(fā)射和微粒碰撞引起的擊穿及真空度下降。真空滅弧室在加工、裝配過程中，在其電極表面上一般存在

9、毛刺、凸起、微粒及各種污物，由于觸頭間距較小，當(dāng)極間恢復(fù)電壓較大時，這些毛刺、凸起及微粒部分電場較強(qiáng)，引起強(qiáng)場放射，造成很大的電流密度，導(dǎo)致電極局部過熱，金屬氣化破壞真空，導(dǎo)致間隙擊穿。其次，在真空開關(guān)開斷電流的動態(tài)過程中，在強(qiáng)烈的機(jī)械震動應(yīng)力作用下，引起這些微粒脫離觸頭表面，被電場加速，轟擊對面電極，使電極局部氣化，導(dǎo)致真空擊穿。 雖然真空斷路器比其他種類斷路器具有較好的開斷容性負(fù)載的能力，但由于真空間隙耐壓強(qiáng)度不穩(wěn)定及直流耐壓水平較低，而開斷容性負(fù)載時恢復(fù)電壓較開斷其他負(fù)載高且存在較大直流分量，因此真空斷路器應(yīng)用于投切電容器組時在運(yùn)行早期表現(xiàn)為存在一定的重燃幾率。其重燃率同觸頭材料、觸頭表

10、面的光潔度及清潔度、斷路器機(jī)械特性等諸多因素相關(guān)，分散性很大。 真空斷路器主要由真空滅弧室和操動機(jī)構(gòu)兩大部分組成，每一部分性能的優(yōu)劣都會影響到斷路器整機(jī)的性能。根據(jù)系統(tǒng)試驗(yàn)站長期來對真空斷路器投切電容器組抗重燃率考核試驗(yàn)及研究，認(rèn)為真空斷路器投切電容器組性能首先取決于真空滅弧室的制造質(zhì)量，其次同所配斷路器的機(jī)械特性也密切相關(guān)。因此要提高真空斷路器投切電容器組性能必須從提高真空滅弧室制造質(zhì)量及改善所配斷路器機(jī)械特性兩方面入手。 4.1真空滅弧室 真空滅弧室是真空斷路器的關(guān)鍵部件,對斷路器的性能起著至關(guān)重要的作用。表3為系統(tǒng)試驗(yàn)站對采用國產(chǎn)及進(jìn)口滅弧室的國產(chǎn)真空斷路器老煉試驗(yàn)重燃情況比較統(tǒng)計(jì)，可以

11、看出，同樣的斷路器制造技術(shù)，采用不同的滅弧室（進(jìn)口及國產(chǎn)），重燃率存在明顯的差距，這充分說明了真空滅弧室的制造質(zhì)量對真空斷路器投切電容器組性能起著決定性的作用。只有從根本上提高滅弧室制造質(zhì)量，投切電容器組性能才能取得突破。 表31997至2001年10kV真空斷路器采用國產(chǎn)及進(jìn)口滅弧室老煉重燃率比較 滅弧室試驗(yàn)臺數(shù)（臺）重燃率（%） 進(jìn)口360.16 國產(chǎn)8051.05 注：采用單相回路老煉法 影響真空滅弧室性能的主要因素包括觸頭表面的清潔度及光潔度、真空度、觸頭材料等，通過分析發(fā)現(xiàn)，同一制造廠生產(chǎn)的同型號滅弧室，不同時期產(chǎn)品其重燃率起伏較大，說明在現(xiàn)有制造技術(shù)水平條件下，提高滅弧室制造質(zhì)量的

12、關(guān)鍵在與對所用原材料質(zhì)量的嚴(yán)格把關(guān)及對制造工藝流程的嚴(yán)格質(zhì)量控制。 4.2真空斷路器機(jī)械特性 除真空滅弧室制造質(zhì)量外，所配斷路器的機(jī)械特性對投切電容器組時的重燃率同樣有重大的影響。具體表現(xiàn)為，采用同一制造廠家生產(chǎn)的同型真空滅弧室，不同斷路器制造廠生產(chǎn)的真空斷路器，其重燃率有明顯的差別，甚至采用同一制造廠提供的斷路器配件進(jìn)行組裝，由于組裝質(zhì)量及對機(jī)構(gòu)調(diào)整存在差別，其重燃率同樣有明顯差別。表3列出了采用相同滅弧室不同廠家生產(chǎn)的斷路器老煉試驗(yàn)重燃率差別比較，從中可以看出，不同的制造廠家，雖然使用相同的滅弧室，但由于最終產(chǎn)品表現(xiàn)出的機(jī)械特性不同，其重燃率也表現(xiàn)出明顯的不同，充分說明了斷路器機(jī)械特性對重

13、燃率的影響。 表4采用相同滅弧室不同廠家生產(chǎn)的斷路器老煉試驗(yàn)重燃率比較 試驗(yàn)臺數(shù)（臺）重燃率（%） 制造廠A40.00 制造廠B90.58 制造廠C50.62 制造廠D2561.23 制造廠E81.34 制造廠F351.73 注：1.采用1997年宇光電工廠ZMD11-10/1250-31.5B型滅弧室，斷路器型號均為ZN28A型 2.采用單相回路老煉法 其次，同一斷路器制造廠同一批次的真空斷路器，由于機(jī)構(gòu)調(diào)整存在差別，其重燃率也有明顯的差別，個別產(chǎn)品甚至連續(xù)重燃，無法通過老煉及抗重燃考核試驗(yàn)，通過對機(jī)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整或更換合格的緩沖器等措施，重燃率大幅度降低并通過考核試驗(yàn)，這從另一方面也說明了

14、斷路器機(jī)械特性對重燃率的影響。 真空斷路器的機(jī)械特性包括觸頭開距、接觸行程（超行程）、分合閘速度、分合閘同期性、分閘緩沖、操作機(jī)構(gòu)性能的穩(wěn)定性等諸多方面，必須進(jìn)行綜合調(diào)整，才能使其機(jī)械特性與滅弧室保持最佳匹配。 真空斷路器用于投切電容器組時，對分閘反彈極為敏感。由于其開距較小，分閘速度又相對較大,一旦引起分閘反彈，將使觸頭有效開距明顯變小，由于切合電容器組時斷口間的恢復(fù)電壓又很高,因此極易造成斷路器重?fù)舸?，一般反彈超?biāo)的斷路器重燃率均很高，很難通過抗重燃率考核。因此真空開關(guān)一般應(yīng)設(shè)置良好的緩沖裝置，以吸收剩余的機(jī)械能。對緩沖 沖強(qiáng)度必須合理控制。制造廠及用戶由于分閘緩沖影響不良造成對投切電容器

15、組性能的影響認(rèn)識不足，且對緩沖器的強(qiáng)度很難把握，從而影響了斷路器性能。由于分閘反彈在工作現(xiàn)場難以測量，必須在出廠時保證調(diào)整良好，但即使是制造廠有相當(dāng)一部分也不具備測試條件，其質(zhì)量也相應(yīng)難以保證。 4.3老煉處理 由于真空斷路器開斷電容器組重?fù)舸a(chǎn)生嚴(yán)重的重燃過電壓，嚴(yán)重影響并補(bǔ)裝置及電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。如前所述，雖然各制造廠通過努力，使重?fù)舸┞视兴档?，但從系統(tǒng)試驗(yàn)站近幾年的試驗(yàn)情況來看仍不容樂觀，各制造廠家產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，個別產(chǎn)品重燃率達(dá)10以上，特別是35kV斷路器，重燃率仍保持在較高的水平。為使大幅度降低真空斷路器投切電容器組時的重燃現(xiàn)象，使之在投入運(yùn)行時就進(jìn)入低重燃率或無重?fù)舸┑姆€(wěn)

16、定工作狀態(tài)，我們認(rèn)為，對用于投切電容器組的真空斷路器特別是35kV真空斷路器在運(yùn)行前進(jìn)行“老煉”處理是必要的，浙江省通過系統(tǒng)試驗(yàn)站普遍對用于投切電容器組的真空斷路器進(jìn)行老煉處理，實(shí)踐證明對保障浙江省并補(bǔ)裝置的安全可靠運(yùn)行起到了良好的效果。 制造部門根據(jù)自己行業(yè)的特點(diǎn),常采用高壓小電流、低壓大電流、直流老煉法等法對真空滅弧室進(jìn)行預(yù)老煉，但效果不盡理想。系統(tǒng)試驗(yàn)站采用高電壓、大電流同時作用下的單相回路老煉試驗(yàn)方法對10kV真空斷路器進(jìn)行老煉處理，對降低真空開關(guān)重燃率取得了顯著的成效。 對于35kV真空開關(guān)，由于試驗(yàn)電壓較高，采用單相合成回路技術(shù)進(jìn)行老煉，并與高壓大電流單相老煉法進(jìn)行等價(jià)性對比試驗(yàn)，取得了滿意的效果1。96年合成回路試驗(yàn)技術(shù)裝置獲得國家專利技術(shù)，并獲96年度國家專利技術(shù)銀獎。 為評價(jià)老煉效果，系統(tǒng)試驗(yàn)站對11臺通過單相回路老煉的真空開關(guān)進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證，共進(jìn)行了750相次操作，均未出現(xiàn)重燃現(xiàn)象。10多年來經(jīng)單相回路老煉及抗重燃考核的真空斷路器