真空开关（共7篇）
真空开关 篇1
摘要：对真空开关导电回路电阻测试的夹触位置提出了建议, 并对实际测试中的处理进行探讨。
关键词：导电回路电阻,真空开关,测试处理
1 前言
目前, 电力系统中的真空开关已大量使用。和油开关相比, 真空开关具有开断容量大, 灭弧性能好, 机械性能好, 机械寿命长, 运行维护量少, 检修周期长等特点。由于实际开关结构的异同和技术人员对测试数据理解上的差异, 导电回路电阻存在不同的测试位置, 以下对真空开关导电回路电阻测试的位置提出建议。
2 真空开关结构
图1中所示为真空开关主回路结构简图, 导电回路电阻实际测试时就存在1和2 (动触头咬合棘爪) 和3和4 (连接导杆) 两个测试位置。显然, 两个部位涵盖的电阻是不同的。
2.1 测试数据反映的问题
参见图1, 可看出测试位置1和2涵盖了触头接触电阻、动触头至真空泡导电部分回路电阻以及真空泡内的合闸回路电阻三个部分;而测试位置3和4较测试位置1和2少了触头接触电阻的测量。以某水电站10k VⅡ段工作电源进线026真空断路器测试数据为例可见, 两个测试位置的试验数据有明显的差异。
2.2 真空开关常见故障
1) 绝缘故障:主要包括真空泡故障和本体绝缘件击穿等, 真空泡故障常见的是真空泡慢性漏气, 当真空泡的真空度下降到一定程度时, 触头分离时产生大量的电弧造成触头粘连或造成弧光短路, 从而引起电气事故。
2) 机械故障。真空开关机械故障表现形式多样, 一方面是机械部件磨损和损坏, 例如合闸机构传动件磨损、动触头损坏、动静触头错位等;另外就是相关的机械参数调整不当, 例如真空灭弧室动导电杆连接件开距过大, 柜体动触头与静触头过紧或过松等。
由表1与表2可知, 横向比较, C相导电回路电阻约为A、B两相的3倍, 如前文所述, 触头接触电阻、动触头至真空泡导电部分回路电阻以及真空泡内的合闸回路电阻, 三个部位故障均能导致回路电阻超标。结合表2测试数据, 可排除触头接触电阻故障, 推测可能为导电杆与真空泡连接位置接触不良或真空泡内的触头回路电阻超标。对开关导电杆与真空泡连接处螺丝以及软连接的打磨及拧紧处理后回路电阻测试结果正常, 复测试验数据见表3。
2.3 导电回路电阻测试目的
真空开关的预防性试验, 实质就是针对实际运行中可能存在的隐患或故障做定期的检查, 从而保证设备正常运行。
3 实际测试遇到的问题
3.1 主要问题
1) 测试数据常出现较大的分散性。
2) 测试仪器测试时的夹触方式对测试数据有较大影响。
3.2 原因分析
1) 动静触头接触电阻不稳定。在实践中, 影响动静触头接触电阻的因素是多方面的, 主要可分为机械磨损度、相关固件连接松紧度和检修处理中产生的附加电阻等。显然, 日常维护和检修工作都需要抽出柜体使触头分离, 长期操作会造成机械磨损, 会造成触头错位或损坏, 而相关固件连接松紧度, 一方面, 有长期使用及检修中造成的固件松弛。另一方面, 对于动触头咬合棘爪而言, 大修时, 需要检查动触头上的软联结夹片的松紧度。
2) 触头型式多样, 试验仪器夹触困难。测试仪器夹件不能很好的咬合动触头, 仪器测试的触点也不可避免测量了附加电阻, 因此测试位置或咬合度只要有细微变化, 数据就会产生明显的波动。
3.3 改进建议
1) 结合历年测试数据和实际触头状况进行试验, 尽可能保证三相测试部位及触头咬合方式一致, 数据分散时需要进行相关处理进行反复测试, 另外, 回路电阻测试仪采用直流双臂电桥, 实际测试时应注意电压极触头的测试位置以及与被试品的接触情况, 电压极触头要接近需测量的部位两端, 不能碰到电流极触头, 否则会测到电流极触头上通过电流产生的电压降, 造成试验误差。
2) 试验数据分析上, 不刻意追求回路电阻绝对数值, 应注重测试数据相间和纵向比较, 怀疑被试设备缺陷时, 应参考测试位置3-4 (连接导杆) 的测试数据进行综合判断, 建议提供测试部位1-2 (动触头咬合棘爪) 导电回路电阻的出厂数据, 从而为正确判断设备实际状况提供参考。
4 结束语
预防性试验是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节, 是保证电力系统安全运行的有效手段, 通过上述方法, 保证测试数据的有效性对电力设备的安全运行起着重要作用。
参考文献
[1]DL/T 596—1996.电力设备预防性试验规程[S].中国电力出版社.
[2]Q/YNDW 113.2.100-2006.ZN28A-12型真空断路器 (电磁机构) 检修作业指导书[Z].云南电网公司.
[3]Q/YNDW 113.2.199-2006.真空断路器预防性试验作业指导书[Z].云南电网公司.
[4]刘建忠.真空开关使用中存在的几个问题[J].山东煤炭科技, 2008, 3.
[5]郭福根, 贾俊青.真空开关运行水平分析及对策[J].内蒙古电力技术, 2000, 18 (3) .
[6]黄炳华.一起真空开关爆炸事件探析[J].东方电气评论, 2003, 6, 17 (2) .
[7]杜彦明、顾霓鸿.国内配电开关设备现状及事故情况[J].电网技术, 2002, 2, 26 (2) :75.
[8]王长中.一起10kV真空开关缺陷的处理[J].浙江电力, 2002 (1) :69.
[9]黄又根.高压真空开关设备状态评估与故障分析[J].机电工程技术, 2002, 31 (7) :169.
[10]陈化刚.电力设备预防性试验技术问答[M].中国水利水电出版社.
真空开关 篇2
随着电力系统开关设备的无油化进程,真空开关凭借自身的诸多优点,如:不污染、绝缘性能好、触头开距小、重量轻、开断时触头表面烧损轻微、开断容量大等,迅速广泛应用于电力系统中。[2]在我国中压领域中,真空开关的使用已经占到了80%以上。真空开关作为重要的开关设备,对电力系统运行的好坏占据重要地位。
由于真空开关的电寿命决定着真空开关的性能,如果电寿命超时,真空灭弧室则会失去应有的功能,导致灭弧室爆炸,造成重大事故。因此,实现真空开关电寿命在线监测具有重要意义。影响真空开关电寿命的主要因素是电磨损,而电磨损是由于开断电流和开断时间的累计造成的,对真空开关电寿命的监测不仅需要考虑真空开关的动作次数,还需要考虑开断燃弧时的电流值和燃弧时间。[4]所以,本文通过采用Rogowski线圈的电流传感器,对真空开关在开断时不同时刻的电流值进行采集和记录以及统计出燃弧时间,结合真空开关电侵蚀率的实验结果,构造出电侵蚀率和开断电流的数学模型。计算得出真空开关的触头烧蚀量,最终得出剩余电寿命,实现真空开关电寿命在线监测的目的。
1 真空开关电寿命及在线监测的意义
1.1 电寿命的含义及因素
真空开关的电寿命是由触头的电磨损决定的。真空灭弧室开断电流时,触头受电弧高温烧蚀,触头表面的金属汽化蒸发,以金属蒸汽的形态积聚在弧道所占的空间内,电源能量维持电弧然烧,对弧柱,空间金属蒸汽不断加温,弧柱内气压升高,与弧柱外部的真空空间造成压差,金属蒸汽就不断向真空空间扩散,在电弧熄灭以前,触头表面的金属分子由电弧加热气化进入弧柱补充弧道内的等离子体流以维持电弧然烧,离开弧柱边界进入真空空间的金属分子最后被吸附在屏蔽罩上;这些金属分子的散逸形成触头表面的金属损耗,这种现象通常称为电磨损。[5]
影响电寿命的主要因素是电磨损,包括灭弧室、灭弧介质、触头三方面,通常认为起决定作用的是触头的电磨损,触头的磨损量以触头重量的减少表示,常以每库仑多少克的损失量(g/q)来表示触头耐电侵蚀的性能。
1.2 实时监测电寿命的意义
真空开关生产厂家会在其出厂时,试验并绘制出真空开关电寿命曲线,如图1所示。
电寿命是真空开关的电气开断能力,通常以额定短路开断电流的开断次数来表示。由于强大的电弧对触头的烧蚀,真空开关的电寿命次数仅数十次。一般来讲,真空开关的电寿命决定其真实使用期限。如果电寿命超过,则会导致真空灭弧室失效,电弧不能断开,灭弧室可能爆炸,造成重大事故。[3]因此,工作人员为了确保安全,往往会根据真空开关出厂的电寿命曲线,开断次数一到,无论真空开关是否还可以继续使用,都会更换灭弧室,造成了能源的浪费。
由于环境或开断电压等不定性因素,真空开关在开断一定次数后,电寿命还不会超时,继续使用的潜力还是很大的。所以,对其电寿命进行监测和评估并得出剩余电寿命是非常必要的。
2 真空开关在线监测系统的设计
随着电力系统的不断升级,传统的真空开关的监测方法已经不能满足现在电力系统网的监测要求。触头是灭弧室的核心部件,触头的寿命也就是灭弧室的电寿命。[6]触头的电寿命主要取决于真空开关分断与合闸时的触头电磨损。传统的真空开关监测方法是通过采集和记录真空开关在开断时不同时刻的电流值,经过电流加权值得出触头的烧蚀量。这种方法虽然简单实用,但是产生的误差很大。因此,本文根据电磨损是由于开断电流和开断时间的累计造成的理论,构造出电侵蚀率与开断电流的数学模型,达到在线监测的要求。
2.1 真空开关开断电流值的采集系统
为了实现真空开关电寿命的在线监测,关键且技术上比较难的问题有好多,其中之一是测量真空开关的开断电流,由于真空开关的开断短路电流能达到几十千安培。普通的电流互感器(CT)很难做到测量到准确值。由于普通电流互感器带有铁芯,当测量的电流值过大时,就会产生饱和,因而,测量值与实际值产生很大的偏差。
本文采用基于Rogowski线圈的电流传感器,可以实现大变化范围的电流信号的测量,并且在整个测量范围内能够保持很好的线性度。[7]这种传感器不但成本低廉,而且在经过一定的处理后可以达到很高的测量精度。电流值的采集系统如图2所示。
2.2 真空开关燃弧时间的测量
燃弧时间与真空开关开断能力密切相关,它能预示开关开断是否达到极限。根据大量的短路开断试验表明,真空开关在短路开断试验中,随着开断电流逐渐增大,其平均燃弧时间也随之增大,分散性也增大,在经历这一过程后,真空开关将丧失开断能力。通过对大量试验所得燃弧时间进行均值分析和标准偏差分析,说明燃弧时间与真空开关开断能力之间的关系,并据此得到开关剩余电寿命的评估依据。[9]
用标准偏差S表示燃弧时间的分散程度,其计算式如下:
式中,—每次操作的燃弧时间;—平均燃弧时间;—试验次数。
通过对测得的大量燃弧时间值进行统计,制定标准偏差的评估标准值。当实际监测到的分散程度S大于评估标准值时,开断达到极限,开关寿命终止。
经过数年正常运行的真空开关的大量试验数据的基础上可以得出燃弧时间,虽然有一些误差,但在实际应用中还是不错的。
2.3 实验结果
通过对真空开关试验,分别在通过的电流为1250A,电压为11.5KV,7KV,3KV的情况下,进行三相单分和合分试验,测试真空开关在分合闸时,每一项真空开关电弧的燃弧电流和燃弧时间。[8]经过多次测试,得出的真空开关电弧的电流值和燃弧时间如表1所示。
2.4 电侵蚀率的数学模型
经过真空开关电侵蚀率的实验结果,可以得出触头电侵蚀率的公式:
式中:γ为电侵蚀率,M为烧蚀量,i为燃弧电流值,t为燃弧时间。
上式中,可以计算和算出触头的烧蚀量,并与设定的触头烧蚀量进行比较,最终得出真空开关的剩余电寿命。[10]
3 结论
通过对真空开关电寿命的实时监测,可以在不关断电源的情况下,测量出真空开关的剩余电寿命。当真空开关的开断次数达到设定值时,仍然能够继续使用。不仅保证了真空开关的安全运行、可靠供电,而且也减少了能源的浪费,为真空开关电寿命的在线监测提供了科学依据。随着本系统的运行,应不断积累经验和记录相关的数据,使该系统更加完善。
摘要：随着真空开关在电力系统网中的应用不断扩大,对其特性的监测也不断升级。电寿命是影响真空开关寿命的重要因素。通过对真空开关开断时的燃弧电流和燃弧时间进行采集和计算,构造电侵蚀率与开断电流的数学模型,最终得出真空开关的剩余电寿命。[1]本文研究有助于实现真空开关的实时在线监测和减少真空开关使用上的能源浪费。
关键词：真空开关,电寿命,在线监测,燃弧电流,燃弧时间
参考文献
[1]狄美华,李震彪,吴细秀.开关电器触头电寿命诊断方法综述[J].高压电器,2004,40(3):201-204.
[2]王季梅,苑舜.大容量真空开关理论及其产品开发[M].西安交通大学出版社,2001.
[3]刘全志,师明义.高压断路器在线状态检测与诊断技术[J].高电压技术,2001,27(5):29-31.
[4]王阳,朴在林.断路器电寿命在线监测的几种计算方法[J].沈阳农业大学学报,2005,36(1):250-252.
[5]关永刚,黄瑜珑,钱家骊.真空断路器电磨损监测技术的改进[J].高压电器,2001,37(4):1-3.
[6]杨苹.火电厂的实时状态监测系统与故障诊断[J].电力系统自动化,2000(9).
[7]苑舜.高压开关设备状态监测与诊断技术[M].机械工业出版社,2001.
[8]曹荣江,顾霓虹.表征真空断路器电寿命的若干判据[J].电网技术,1997,21(11):26-32.
[9]郭贤珊,王章启.高压断路器触头电寿命预测的研究[J],高电压技术,1999,25(3):43-44.
矿用隔爆型真空馈电开关应用分析 篇3
关键词：馈电开关,保护功能,故障处理,安全运行
煤矿井下常用的BKD4-400Z/1140.660Z (F) 智能化矿用隔爆型真空馈电开关, 是将矿用馈电开关所有保护集合在一起的综合真空馈电开关, 在井下生产中发挥着重要作用。该馈电开关可作为配电开关使用, 也可作大容量电动机的不频繁启动用, 具有漏电闭锁、过载、短路、三相不平衡 (包括断相) 、欠压等多种保护功能。掌握其工作原理及常见故障分析、维修维护方法, 可提高其利用率, 大幅提高煤炭生产中设备的完好率, 使其更好地服务于井下生产。
1结构及原理
BKD4-400Z/1140.660Z (F) 的总开关与分开关都安装于快开门外壳中, 门盖上有保护器、保护器电源、液晶显示器及试验按钮。腔内有断路器, 断路器下面有电流互感器、零序电流互感器。左边有侧板, 侧板上有转换开关、变压器、电抗器、试验电阻、滤波器、取样板、阻容装置、熔断器[1]。该馈电开关结构灵活, 操作方便。
该馈电开关的电气线路主回路是通过真空断路器接通和分断的, 控制回路由隔离开关、电源变压器、断路器的常开常闭触点、欠压线圈和分励线圈及控制按钮等器件组成, 保护器由采样电路、检测电路、主控板、显示屏4部分组成。电流互感器为穿芯式, 直接穿在三相母线上, 可获得与一次侧电流成正比的电流信号。主控板可对采集的信号进行处理:①实时在液晶屏上显示出系统状况和参数, 如三相电流及电压值等;②出现故障时, 根据故障性质决定脱扣跳闸的时间;③显示并记忆故障相关的参数, 以便用户查询。必要时可通过RS-485通信接口与整个监视系统进行通信。BKD4-400Z/1140.660Z (F) 原理如图1所示。
2主要技术特点
该馈电开关采用了先进的单片微处理器, 使用高精度的数据处理方法及先进的保护算法, 保护精度高, 反应速度快, 主要技术特点如下[2]:
(1) 采用10×5汉字字符液晶显示器, 配合菜单式人机交互界面, 操作直观简便。运行时实时显示当前绝缘电阻值、三相电流、系统电压与合分闸状态, 显示信息丰富、全面。
(2) 各项保护功能参数均可以通过选择菜单调整, 适用范围广, 保护精度高, 动作准确。
(3) 具有“记忆”功能。每次调整的各项保护功能参数均可被记忆保存, 下次上电或系统复位时自动提取上一次设定的参数;还可记忆故障信息, 包括上一次的故障类型、故障时间、故障发生时三相电流值以及系统电压值, 并可通过菜单调用显示, 便于维护。
(4) 具有数据通信接口。根据用户需要可以配备RS-485或者国内领先的电力线载波通信接口。
(5) 该馈电开关的保护器采用模块化结构设计, 优化后的软硬件抗干扰能力强, 具有良好的人机界面, 安装、使用、维护更简单。保护器采用贴片式元器件, 减少了元器件发热量, 延长了使用寿命。
3常见故障处理
该馈电开关出现故障时, 选择菜单中的“故障查询”命令, 显示屏将显示故障原因、故障动作时间及故障发生时的三相电流、系统电压等数据信息, 可根据此信息进行初步的故障判断。馈电开关保护器上电后要进行初始化和自检工作, 因此要等液晶屏上系统电压显示正常后再做试验。做选择性漏电试验时, 电源侧和负荷侧分别加0.22 μF (三相) 的电容。如有特殊原因出现屏幕乱码、无显示或保护器死机等现象, 可按复位键恢复正常, 不会造成系统状态改变。该馈电开关保护器主板的地端 (GND) 不得相连。若上电时保护器电源灯闪, 则电源输出有短路。如果有短路或过载情况, 应检查外接电缆及用电器有无短路故障, 更换损坏的电缆, 检修设备。若合不上闸, 可能是由于控制电压不够、无电压合闸、按钮断路器合闸线圈坏、合闸继电器损坏、保护板损坏、整流桥坏、断线等, 应检查出具体故障, 更换损坏的电气元件后再接好线路。
4检修维护注意事项
馈电开关一般安装在综采、掘进等工作面, 由于工作环境恶劣、工作条件苛刻、工作时间长等因素, 导致了煤矿低压馈电设备频繁地发生故障和事故, 其维修维护工作重要而又艰巨。
(1) 检修、维护馈电开关, 必须掌握馈电开关工作原理, 了解馈电开关的结构、电气保护、使用环境、基本参数、安装要求、操作方法, 这才有利于在实际工作中快速排除馈电开关故障[3]。
(2) 根据矿井生产条件、矿井湿度、地质状况和设备所在采区实际情况, 在确保生产正常的情况下制订设备预防性检修计划, 突出低压馈电设备检修为生产服务的原则, 优先安排设备检修。
(3) 充分利用生产间隙时间, 通过对低压馈电设备真空断路器、控制回路隔离开关、电源变压器、断路器、低压综合保护器进行日常维护和预防性检修, 发现问题及时处理, 形成对低压馈电设备以预防性检修为主、事后检修为辅的故障排除方法, 为煤矿机电设备安全运行提供保障和依据。
参考文献
[1]张学成.工矿企业供电[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2001.
[2]董磊.400 A智能馈电开关在煤矿生产中的广泛应用[J].煤炭技术, 2008 (7) :42-43.
真空开关 篇4
高压定相工作简介, 在三相电力系统中各相的电压或电流依其先后顺序分别达到最大值的次序, 称为相序;三相电压在同一时间所处的位置, 就是相位。在电力系统中, 发电机、变压器等的相序和相位是否一致, 直接关系到它们能否并列运行。高压定相工作就是验证两路电源的相位是否相同, 以确保这两路电源能正确运行。
10k V中置柜式真空开关在电力系统中已基本取代老旧落地式少油断路器, 在系统中比重巨大。目前其高压定相作业需5名工作人员, 其中2名工作人员负责固定小车挡板。即使这样小车挡板仍难以固定稳定, 容易出现滑脱现象, 造成设备损坏, 甚至有可能造成短路。我们跟踪了20件次10k V高压开关核相作业, 对其中的挡板固定时间加以纪录, 发现固定挡板时间平均为5.59分钟, 平均滑落次数为2.5次。根据以上从现场实际操作得到的案例分析, 我们得出10k V中置柜开关定相存在的主要问题即为为柜内挡板固定不稳定。
2 解决方案
针对课题提出了两种相应的解决方案, 分别是A设计方案:轨道式中置柜挡板定位器;B设计方案:钳形开距可调式中置柜挡板定位器。并针对各个方案通过现场实际测量, 以及计算机建模加以论证, 最终通过现场实践以得出最优方案。
3 装置设计制作
3.1 材料选择。
考虑该装置与设备带电部位距离接近最低安全绝缘距离, 手持部分应采用环氧树脂材料, 能满足其介电性能高和材质轻的要求;定位支撑部分我们从材料的机械强度, 抗腐蚀性, 经济等几个方面进行对材料的筛选, 采用铝合金制材料进行加工。
3.2 器身设计。
根据小车挡板驱动机构的物理结构, 设计一个支撑装置, 使其能推动挡板驱动倒杆支柱, 将封闭挡板打开, 并在打开之后能够可靠的固定挡板。根据该原理, 分别设计A、B两套装置。图1为10k V真空开关小车挡板驱动倒杆支柱运动示意
3.2.1 A设计方案:
轨道式中置柜挡板定位器。利用中置柜小车挡板驱动倒杆支柱可滚动前进的特定, 将定位器支撑部分设计为轨道结构, 使倒杆支柱在轨道中运动, 达到驱动小车挡板提升的目的。图2为轨道式中置柜挡板定位器侧视、正视、俯视图。
3.2.2 B设计方案:
钳形开距可调式中置柜挡板定位器。根据中置柜小车挡板驱动倒杆支柱的工作原理, 当小车挡板提升时, 倒杆支柱运动方式为向前收缩运动, 即随着小车挡板的提升两个倒杆支柱的开距逐渐缩小。设计钳形开距可调式中置柜挡板定位器。以驱动倒杆支柱运动, 达到驱动小车挡板提升的目的。图3为钳形开距可调式中置柜挡板定位器位器侧视图。
3.3 现场检验。
经检验, 方案A———轨道式提升器可以打开小车挡板, 但遇到阻尼较大的挡板倒杆弹簧时, 存在操作困难, 不能很顺利打开挡板。方案B———开距可调式提升器可以顺利打开小车挡板, 并且满足挡板固定快速、稳定、可靠的要求。如图所示, 小车挡板定位稳定可靠。方案B设计成功。
4 效果检查
如表1所示, 我们又进行了7次对使用钳形开距可调小车挡板提升器的高压定相工作的跟踪, 平均固定挡板时间仅为18秒即0.3分钟。
由于我们采用了新研制的10k V小车挡板提升器代替运行人员用绝缘拉杆定位小车挡板, 挡板固定稳定可靠, 挡板定位所需时间由原来的5.59分钟减少到现在的0.3分钟, 平均滑落次数由原来的2.5次降至0次, 作业人员则5人减少至3人, 定相向工作的效率得到显著提高。
同时, 由于采用10k V小车挡板提升器替代了运行人员用绝缘拉杆定位小车挡板, 实现利用支撑装置固定挡板, 使试验人员远离设备带电部位, 保证了人员作业安全, 使高压定向工作更加安全可靠。
其次, 该装置的应用, 缩短了因电力设备维修、改造而造成的停电时间, 使停电线路能够尽快的恢复供电, 保证了企业生产和人民生活用电可靠性, 同时在供电公司树立良好的企业形象、开展行风建设方面有着积极的推动作用。
结束语
通过该装置的设计、研发与应用, 切实有效的解决了现场工作中遇到的实际问题, 在大幅度提高10k V真空开关高压定向工作效率和电网安全可靠性的同时还大大降低了试验设备及人力资源的成本投入, 对于推动集约化、现代化企业发展, 提高专业队伍素质有着积极的推动作用。
参考文献
[1]李建明, 朱康.高压电气设备试验方法[M].北京:中国电力出版社, 2007, 6.
真空开关 篇5
国外制造商近年来大力发展固封绝缘技术, 如ABB公司1997年起将固封绝缘用于它的VM1型、e VM1型及VD4型户内真空断路器, 而且最新用于户外重合器等。如在2006年汉诺威博览会上, ABB公司展出的VD4型户内真空断路器, 配用固封极柱, 做到额定电压36 k V, 额定短路开断电流50 k A。ABB公司于2000年重新设计它的OVR型户外重合器。新型重合器采用环脂肪族环氧树脂浇注壳体, 减少了运动件数, 延长了维护周期, 而且小型、紧凑、环保。固封重合器分两种类型:一种用于15.5~27 k V, 另一种用于38 k V电压等级。
ABB公司加大固封极柱的生产, 如2003年生产固封极柱3万只, 而2004年达到10万只。
国内有十几家企业都在生产固封极柱。其中厦门华电公司引领中压开关固封技术。该公司的固封真空断路器系列全、规格完整。该技术源自德国, 是由资深的中、德真空断路器专家带领的研发队伍联合开发的。通过引进德国和瑞士先进的自动压力凝胶工艺 (APG) , 其极柱采用原装进口树脂将超低阻型真空灭弧室及每一相上下触臂的连接端子直接固封在环氧树脂的相柱内, 即固封绝缘。厦门华电公司创新地采用了固封极柱LSR缓冲双APG成型工艺, 从2003年投入生产到现在已经有一万多台应用该技术的真空断路器投放市场。
目前厦门华电公司下一阶段的目标是把SIS应用到中压成套开关设备, 也就是固封中压开关柜 (SIS) 。
固封开关柜结构更加紧凑, 占地面积小, 可靠又环保, 代表了中压开关柜的一种发展方向。在这方面, 国外有的企业已作出努力, 其中日本东芝公司已取得这方面的初步经验。东芝公司于1999年开发出高性能环氧树脂及高效能环氧浇注技术, 并于2002年生产出24 k V SIS固体绝缘柜, 之后又进行了系列化生产, 迄今已经生产出36 k V SIS固体绝缘开关柜, 目前又进行更高电压等级72 k V及84 k V产品的开发。
东芝公司SIS固体绝缘柜自2002年正式投入运行以来, 迄今已生产了200台, 预计今后固体绝缘开关柜的市场使用量将会更加扩大, 尤其在电力消费大的首都和地方省会城市。
在国内, 如西安森源开关技术研究所有限公司已研发出固体绝缘开关柜。固封真空断路器的应用为固体绝缘开关柜的设计提供了可能性。固封真空断路器的一些难点问题已得到解决, 如壳体温升过高, 极柱绝缘开裂, 相间电弧闪络等。新设计的固体绝缘开关柜的特点是:柜体实现小型化、轻量化, 采用小型断路器、固体绝缘件, 包括固体绝缘母线、固体绝缘电流电压传感器、小型化的隔离开关等。断路器的设计参数为额定电压12 k V、额定电流1 250~2 500 A、额定短路开断电流31.5 k A。
真空开关 篇6
1 电磁操动机构
电磁操动机构以电能作为操作动力。电磁操动机构结构简单, 使用简便, 造价低廉。螺管电磁铁的出力特性容易满足真空断路器合闸反力特性的要求。
常用的电磁操动机构有CD10, CD17和CD19型。CD10型机构原配用SN10-10型少油断路器, 真空断路器发展初期因无专用操动机构而被采用。CD17型电磁机构是专门为真空断路器设计的操动机构。还有CD17Ⅰ、CD17Ⅱ、CD17Ⅲ型分别配开断能力为20kA、31.5kA、40kA的真空断路器。其体积, 重量都比CD10型机构小得多。
电磁操动机构的优点是结构简单、零件数少 (约为120个) 、工作可靠、制造成本低。其缺点是合闸线圈消耗的功率太大, 要求配用大容量直流电源 (如大容量蓄电池) , 因而辅助设施投资大, 维护费用高, 加之机构本身笨重, 动作时间较长, 故在真空断路器中使用已逐渐减少。
2 弹簧操动机构
弹簧机构依靠弹簧储存的能量驱动机构进行合闸。在合闸过程中, 分闸弹簧储能, 作为分闸动力。弹簧操动机构通常由电动机通过减速装置来完成。整个操动机构大致可分为弹簧储能、维持储能、合闸与分闸维持、分闸4个部分。弹簧机构的出力特性基本上就是储能弹簧的下降特性 (即出力开始大, 后逐渐变小) , 为改善匹配, 必须在四连杆结构和凸轮轮廓曲线等方面进行合理设计, 以改变特性, 与真空断路器的负载特性很好地匹配。
弹簧操动机构的结构方框图见附图。
弹簧操动机构的优点是只需要小功率的操作电源。电动机功率小, 交、直流两用, 适宜交流操作, 且弹簧本身容易制造。其缺点是结构复杂, 完全依靠机械传动, 零件数多 (约200个) , 而且要求加工精度高, 制造工艺复杂, 成本高, 故障多。
型式试验表明, 弹簧机构的故障多半是由辅助开关、微动开关及储能电机的损坏引起的。此外, 因紧固件松动或损坏引起的故障也不少。
为使弹簧机构减少故障, 少维护, 需在以下方面作出努力:
(1) 提高微动开关、辅助开关的电寿命和机械寿命。
(2) 提高储能电动机的寿命和可靠性。
(3) 提高零部件的表面质量, 做到在严酷环境中运行时零件表面不锈蚀。
(4) 采用长效润滑脂进行润滑。
(5) 改进设计, 降低操动机构的合闸撞击, 降低零部件机械负荷。
(6) 进一步提高零部件的精度, 提高材料质量、热处理水平和零部件的一致性。
2.1 螺旋弹簧操动机构
目前国内外使用的弹簧机构主要为螺旋弹簧机构。该机构又分为配装式和一体式。配装式弹簧机构有单独的型号, 可配不同型号的断路器, 如CT17、CT19等。一体式指弹簧机构与真空断路器本体构成一体, 机构本身一般没有单独型号。
一体式减少了中间传动环节, 使结构变得简单紧凑, 降低了能耗和噪音。这种机构一经装配完成应做到免调试。我国一般使用配装式弹簧操动机构, 而且有专门厂家生产, 而一体式一般由真空断路器厂家一起生产。
目前, 配弹簧机构的真空断路器很多, 如ZN12、ZN28、ZN36A (VSI) 、3AH、VD4、NXAct、V2000等型, 其中VD4型、ZN63A型、V2000型 (ZN56型) 等为一体式弹簧操动机构。
配装式机构目前用得最多的是CT17型和CT19型。这2种结构基本相同。前者为直推式输出, 后者为转动式输出。2种机构体积和重量比电磁机构小得多, 如CT17型重量仅为CD17型的2/3。
作为举例, 这里介绍CD17型弹簧操动机构。
(1) 整体结构。采用夹板式结构, 储能系统、驱动系统置于两侧板之间, 合闸弹簧、接线端子、微动开关、储能电机、分合过流脱扣电磁铁置于外侧。
(2) 储能系统。采用直流永磁电机。由于它特性比较硬, 故储能时间比较稳定, 外加桥式整流, 可用于交流操作。电机通过滑块联轴器与齿轮输入轴相连, 通过二级圆柱齿轮减速, 驱动储能轴转动, 拉紧合闸弹簧进行储能。
实际上, 弹簧操动机构可靠性得以提高, 主要是储能系统原理的飞跃, 即采用机械传动系统中最简洁的齿轮传动。它传动平稳、噪声小、效率高。但需解决三个难点: (1) 储能到位时的机械离合。CT17采用棘爪驱动, 过中脱离, 电机空转。 (2) 手动储能的离合。即手动储能时, 不能带动电机轴转动 (由于电机轴有碳刷及四级减速齿轮, 比较沉重) 。CT17巧妙地设计一套装置, 承载能力很大, 故从配20kA真空断路器增至配XGN2-10/3150-40kA固定柜, 内部无任何变化, 仅仅改变了输出拐臂的角度和半径及合闸弹簧的钢丝直径。 (3) 在扇形板轴上装有用于手动储能的棘轮机构和防止逆转的止动棘爪。
(3) 驱动系统。采用凸轮摆动与四连杆组合而成的组合机构, 所有连杆都采用对称铰接。考虑到真空断路器负载特点, 使四连杆行驶在断路器的超行程阶段接近死区, 机械利益大增, 增力效果明显。另外, 针对不同断路器设计不同凸轮轮廓, 做到负载特性匹配, 合闸功大幅度降低, 合闸速度一般在0.6m/s以上, 有的甚至高达0.77m/s。在驱动系统中, 有个设计难点, 即合闸联锁。既要不增加任何传动环节, 又要联锁可靠, 而CT17很好地解决了这个问题, 它在输出拐臂上装一个销轴, 合闸时, 顶住合闸掣子, 简单、可靠。
(4) 脱扣系统。合分闸都采用平面半轴锁闩。在分闸脱扣系统, 采用两级减力机构, 使脱扣力可以较小, 与分励过流脱扣电磁铁力相匹配。
2.2 涡卷弹簧操动机构
弹簧操动机构出现了新的型式, 从原来以螺旋弹簧为动力源的四连杆方式出现了以盘簧 (涡卷弹簧) 为动力源的凸轮驱动方式。这样不仅实现了操动机构单元化、小型化, 而且提高了可靠性。弹簧各部分在储能过程中受力始终是均匀的, 而且摩擦力极小, 效率高。它能与真空灭弧室最佳匹配。
国外如ABB的VD4型真空断路器、Areva的HVX通用型户内真空断路器和我国WZI-12系列、VEC-12系列纵旋式真空隔离断路器均配用盘簧操动机构。
HVX型真空断路器配用紧凑的单轴单盘簧机构。
3 永磁操动机构 (PM)
在中压断路器操动机构方面, 继电磁操动机构和弹簧操动机构之后, 出现了永磁操动机构。它是一种崭新的操动机构。它利用电磁铁操动, 永久磁铁锁扣, 电容器储能, 电子器件控制。
永久磁铁用来产生锁扣力, 不需任何机械能就可将真空断路器保持在合、分闸位置上。目前制造永久磁铁最理想的合金为稀土材料钕铁硼。稀土永磁材料既有高的剩磁, 又有较强的矫顽力, 即有最大的磁积能。该材料的剩磁可达1.2T。它能满足永磁机构所需的磁力及长期工作稳定性。
在永磁操动机构中, 驱使动铁心运动的能量来自电容器。电容器事先被充电, 储存电场能;操作时, 电容器以放电的方式, 向激磁线圈释放能量, 这样电场能被转换成磁场能, 磁场能再转模成动铁心运动的机械能。电容器提供巨大的脉冲能量, 够一次重合闸之用, 如可提供3000W脉冲能量, 在完成一个完整的操作顺序之后, 可在10s之内充好电。
永磁操动机构的控制采用现代电力电子技术, 构成电子控制单元。一般采用接近检测开关的分、合闸状态。
3.1 永磁操动机构的优势
永磁机构的优势主要有3点: (1) 它相对电磁机构和弹簧机构, 大大减少了机械零件数, 简化了结构, 提高了可靠性。据ABB提供的资料, 一台弹簧机构的零件数为159个, 而永磁机构仅为66个, 减少了近60%。 (2) 永磁机构的机械寿命长, 从弹簧机构的10000次提高到30000～50000次, 甚至100000次以上。永磁机构的运动件只有一个铁芯, 而且它与相关部件之间的运动摩擦极小, 非常适合频繁操作。 (3) 具有很好的力———行程特性, 非常接近真空断路器的要求。这也就是说, 永磁机构的出力特性与真空断路器的负载特性很吻合。
3.2 永磁操动机构的结构型式
永磁操动机构的结构型式归结起来有2种:一种为双稳态结构, 另一种为单稳态结构。双稳态结构又有对称式 (双线圈) 和非对称式 (单线圈) 。双稳态结构的分、合闸锁扣靠永久磁铁, 不管是双线圈式还是单线圈式。而单稳态的合闸锁扣靠永久磁铁, 分闸锁扣靠弹簧。
一般情况下, 双线圈式结构的特点是分、合闸能量都来自分、合闸线圈的电能, 因此, 当需要进行手动分闸时, 就必须依靠手力直接分闸或者给一个弹簧储能 (即安装分闸操作装置) 进行分闸, 不易实现快速脱扣分闸。单线圈结构的特点是合闸能源来自电源, 合闸的同时给分闸弹簧储能。由于开关在合闸状态下分闸弹簧已储好能, 故可以采用脱扣的方式进行分闸。但是, 单线圈式机构所需合闸能量较大, 合闸保持力也大, 给产品的设计和调试带来一定困难。
3.3 永磁操动机构的现状
永磁机构于20世纪90年代后期传入我国, 当时我国许多厂家加入永磁机构的研制行列, 曾一度形成永磁机构“热”, 但很快降下来。今日, 还是以弹簧机构为主流, 永磁机构尚处于发展阶段。
对于永磁机构, 制造厂家需要认识它, 了解它, 进而掌握它。弹簧操动机构制造经验丰富、运行经验丰富, 又可拆可调, 而永磁机构用电磁铁操动、永久磁铁锁扣、电容器储能电子控制, 完全是一个崭新的事物。它将弹簧机构的机械问题变成永磁机构的电气问题, 这里有永久磁铁锁扣的持久问题、电容器因电解质老化带来的寿命问题以及电子控制器件的可靠性问题。同时使用电容器和电子控制装置增加了成本, 使之永磁机构相比弹簧机构造价高得多。对用户来说, 也有一个认识和掌握的问题, 还有永磁机构要求用户配有直流电源, 这对只有交流电源的小型变电站来说, 那就困难了。永磁机构不能像弹簧机构那样, 可进行自由脱扣。加上价格贵, 推广有难度。即使在永磁机构红火的那几年, 从2002年高压开关行业年鉴来看, 我国共生产真空断路器133519台, 而只有4家企业有12kV永磁真空断路器的供货记录, 其总产量仅为591台, 占总产量的0.05%左右。
从世界范围看, 可将制造厂家分为3类: (1) 专门生产永磁真空断路器, 其厂家很少, 最典型的是德国特瑞德 (TEL) 公司。该公司生产的ISM型真空断路器和DSM型真空重合器均配用永磁机构。 (2) 2种机构均生产, 典型厂家如ABB和Areva公司。ABB曾是永磁机构的推手。可在最新包装推出的新型VD4型真空断路器中, 配用重新设计的新型模块式弹簧操动机构。 (3) 单一生产弹簧操动机构, 其厂家很多, 最典型的是西门子公司, 该公司不为所动, 一直坚持生产弹簧操动机构。
从使用看, 目前永磁机构主要用于中小容量的真空断路器, 而更多的用于重合器和接触器。如ABB最新开发的17.5kV、38kV重合器和12kV接触器均配永磁机构。这一方面是永磁机构适用重合器和接触器的频繁持作, 另一方面永磁机构体积小, 可装在重合器壳体内, 免受外界环境的影响。把永磁机构用于重合器的还有TEL和Wipp&Bourne、Areva等。TEL的永磁机构还主要用于12kV12.5～31.5kA中等容量户内真空断路器。
永磁操动机构还处于发展阶段, 期待有更大的发展。
真空开关 篇7
关键词：真空组合开关,综放工作面,数字化控制
义煤集团公司千秋煤矿21201综放工作面于2007年5—6月安装并投入生产。该工作面是千秋矿2007—2009年惟一主力采煤工作面, 其设备配置为:MXG-480H型采煤机1台;SGZ-800/400型前部刮板机1台;SGZ-800/500型后部刮板机1台;1台SZZ-800/250型转载机;PCM-200型破碎机1台;BRW-200/31.5型乳化液泵站1套 (2泵/1箱) ;BPW-320/10型喷雾泵站1套 (2泵/1箱) ;76架ZF6400-17.5/28型放顶煤液压支架;ZFS5500-18/28型放顶煤液压支架2架;ZF5600-21/30型过渡液压支架3架;ZF5600-18/30型过渡液压支架3架;KBSGZY-1600/1140移变2台;KJZ2-1500/1140Z型真空组合开关1台;QJZ-4×315/1140型真空双速开关1台。这些设备自从投入使用以来, 工作正常, 运行平稳, 设备运转状况良好, 这与使用的新型KJZ2-1500/1140Z型真空组合开关密不可分。
1KJZ2-1500/1140Z型开关的基本结构
KJZ2-1500/1140Z型矿用隔爆兼本质安全型智能真空组合开关由防爆箱体、输入装置、输出装置构成。箱体分隔成主接线腔、隔离开关腔、变压器腔、本安电源腔、主腔、保护器腔和控制回路接线腔。主回路电源输入侧为:4路三相1 140 V, 400 A的压盘式电缆引入装置, 与装在隔离开关腔内的4台主隔离换相开关和1台辅助隔离开关的一次侧相接, 4台主隔离换相开关分别向装在主腔内的11路驱动单元供电, 每个驱动单元均为可抽拉式, 辅助隔离开关向装在变压器腔内的控制、辅助变压器供电;负载输出侧为:7只350 A电缆连接器, 6只分别向采煤机 (1路) 、前后部刮板机 (4路) 、转载机、破碎机 (1路) 供电, 1只备用;4只100 A电缆连接器分别向2台乳化液泵、2台喷雾泵供电;辅助电源输出:220 V, 127 V, 127 V三组, 容量5 kVA, 供外部照明和控制系统。控制回路由16只压紧螺母式引入装置组成, 可穿入Ø11～19 mm的电缆;控制、保护回路由控制模块、先导模块、处理模块、调理模块、键盘、液晶显示器等组成。
2真空组合开关的主要功能
(1) KJZ2-1500/1140Z型真空组合开关4路电源输入、11路负载输出, 强大的输出功能, 一台开关就能集中控制着综采工作面的采煤机、前后部刮板机、转载机破碎机、乳化液泵、喷雾泵等设备, 实现多台三相交流大功率电动机的启动、停止和顺序控制。
(2) KJZ2-1500/1140Z型真空组合开关保护、控制系统运用了DSP数字信号处理、CAN现场总线、自适应检测和网络化接口等创新技术, 实现数字化处理、控制、保护、中文显示、故障诊断和网络连接等功能。对所有设备的电动机及供电线路进行保护与控制, 能实现过载保护、短路保护、漏电闭锁保护、断相保护、欠压过压保护、后备跳闸保护。
(3) KJZ2-1500/1140Z型真空组合开关主显示器为中文液晶页面显示, 可显示各模块器件工作状态, 先导、通讯状态, 电流、电压、功率、绝缘电阻, 故障类别、故障点, 当前日期、时间、电网频率、箱体内环境温度等;可查询曾经发生过的故障, 并具有故障原因长期记忆查询功能。另外, 还设有几种由发光二极管组成的显示:①电源输入端有电显示;②隔离开关合闸后有电显示;③辅助单元、控制变压器有电显示;④驱动器工作显示;⑤各控制回路有电显示;⑥保护控制单元有电显示。
(4) KJZ2-1500/1140Z型真空组合开关的驱动单元中真空接触器在AC4类别载荷下, 电寿命不少于6万次, 耐用, 故障率低。
3真空组合开关的优点
(1) 实现了集中控制。
KJZ2-1500/1140Z型真空组合开关集馈电、启动控制为一体, 输入4回路, 输出11回路, 实现了集中控制, 减少了配电点控制设备数量, 1台开关就可替代原来的18台开关使用, 可集中控制工作面的采煤机、前后部刮板机、转载机、破碎机、乳化液泵、喷雾泵等设备。
(2) 设备轻巧, 拉移方便。
原来控制系统由于控制设备多, 每次设备向外拉移时, 拉移环节多, 拉移不方便, 给生产带来极大麻烦且效率低下, 影响生产正常进行。使用KJZ2-1500/1140Z型真空组合开关, 开关数量少, 拉移方便, 减少了拉移环节, 减轻工人的劳动强度, 提高了生产效率。
(3) 保护功能强大。
该设备能对综采工作面的所有电机、大功率机电设备进行综合保护。运用DSP数字信号处理、CAN现场总线、自适应检测和网络化接口等创新技术, 实现数字化处理、控制、保护、中文显示、故障诊断和网络连接等功能。故障判断正确直观, 维护检修方便, 改变了过去控制设备多、故障发生点多、维护量大的状况, 提高了控制系统的可靠性。
(4) 价格低。
KJZ2-1500/1140Z型开关控制系统较原来多开关控制节约设备购置费10万余元。
4效果对比
(1) 使用前。
综放面设备控制由KBZ-630/1140型真空馈电开关和QJZ-315/1140, QJZ-400/1140, QJZ-4×315/1140型真空启动器组成。630 A真空馈电开关需10台, 315 A真空启动器需4台, 400A真空启动器需1台, 4×315 A真空启动器需3台。开关数量多, 且线路复杂, 可能产生的故障点就多, 不利于安全生产的正常进行。
(2) 使用后。
21201综放工作面设备控制使用KJZ2-1500/1140Z型真空组合开关后, 其控制线路如图1所示。1台真空组合开关就可以集中控制所有设备, 集馈电、启动于一体。开关数量少, 线路简单, 通过半年使用很少发生故障, 几乎免于维护。
5结语