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有关真 空断路器寿命的探讨发布时间:2019-04-01 16:10:00 | 来源:浙江诚 高高压电气有限公司

引言:


真空断路器以其熄弧能力强,燃弧时间短,触头磨损小,机械寿命长,维护量小,灭弧室 更换容易等一系列特点深受用户的青睐,目前更是在40.5kV及以下 电压等级的市场上占据主导地位。运行部 门常将真空断路器在型式试验时通过的机械寿命次数及额定短路电流开断次数(即电寿命)作为维 修及灭弧室更换的依据[1~2]。上世纪90年代中期曾有厂家对12kV真空断 路器产品进行过75次额定 短路开断电流试验,至于更 高电压等级产品,或者更 多开断次数的验证,由于试验费用太高,没有厂 家愿意负担这样的研发成本,所以并 没有进一步深入研究。通过分析2002年至2006年5年间的约500份型式试验报告、原始记录及试验波形,并且跟 踪记录一台合成试验用辅助断路器单极一 年多的开断情况,进一步 的研究和验证了真空断路器极限电寿命能力。  


型式试 验报告的分析结论:
   

查阅500余份真空断路器及开关 柜的型式试验报告及原始记录后发现,共有75台次真空断路器试品在 短路开断试验过程中出现问题。分析发现:发生问 题试品的开断次数区段有这样一个规律:试验产 品随着开断次数的增加,试验失 败率反而在大大减少。其中,发生问 题的开断次数区间在1~10次中的占65.3%,11~20次中的占24.0%,21~30次中的占10.7%,30次以上的为0%,见表1。


  表1:试验出 现问题区段分布表
  


规律:试验产 品随着开断次数的增加,试验失 败率反而在大大减少。其中,发生问 题的开断次数区间在1~10次中的占65.3%,11~20次中的占24.0%,21~30次中的占10.7%,30次以上的为0%,见表1。


开断失败的原因很多[3~4],主要有:①开关装配调试不当,如灭弧室安装偏心,紧固螺丝松动,反弹或弹跳过大;②机构可靠性差,行程特性曲线不理想;③灭弧室内部缺陷,如真空度不合格,老炼不充分等。从表1可以看出,开断试 验中大部分问题出现在电寿命试验开始阶段,一旦度过这段过程,熄弧失 败的几率就开始减小。失败的 原因尽管不排除灭弧室本身问题,但现在 真空灭弧室的生产工艺和制造水平已相当成熟,合格率相当高,而且出 厂时还要经过数次高电压、小电流的充分老炼,多道真空度检测工序,出现问 题的概率应该说很小。其实就 算是由于灭弧室自身的缺陷造成开断失败(如熔焊、未灭弧),包括触 头材料内部大量排气造成真空度下降,或者触 头材料熔化后产生的金属微粒飞溅使灭弧性能下降等原因,也应该 是随着开断次数的增多,失败几率逐渐增加。可事实恰好相反。开断30次以上 的试品都通过了电寿命试验,甚至是 同一台产品连续成功做了两轮电寿命试验,即同时满足文[5]要求的274次E2级延长 的电寿命试验和文[6]要求的满容量开断30次的电寿命试验。


由此可见,短路开 断失败的关键因素并不在灭弧室本身,而在于 断路器设计存在缺陷,或者装 配调试过程中的不认真及人为疏忽等方面。可以说,一台设计合理、装配合 格且调试良好的开关,只要选 配合格的真空灭弧室,理论上 都能够通过几十甚至上百次的额定短路电流开断。


验证性试验及结果:


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磨损,其取决 于电弧能量即开断电流和燃弧时间。大量的试验结果表明[7]:虽然燃 弧时间的长短对单次开断是随机的,其平均 燃弧时间则是趋近的,即可忽略首开相、后开相的影响,完全用 开断电流作为参考量。


根据真 空电弧理论分析可知,真空电 弧电压是一个接近的数值,不受外 施电压大小的影响,只需一 定大小的外施电压就可维持真空电弧燃烧,所以只 要短路电流满足要求,可以采 取降低电压的方法进行电寿命开断试验[8~9],其触头 磨损程度应该能够等效全电压的情况。依据此原理,合成试验所用辅助断路器由于每 次均参与开断短路电流,也承受 较高的恢复电压,故仍能 满足对触头的磨损要求。所以,通过对2005-2006年站内 合成试验用辅助断路器开断实验的记录与分析,来考核验证真空断路器的电寿 命极限开断次数能力,试验原理见图1。图1中FD的灭弧室型号为TD-40.5/1600-31.5(编号0402578),自更换该灭弧室起,记录了 其每一次的开断情况,同时为 了满足试验的等价性,特意将 它每次的燃弧时间整定为9~11ms。不同于 目前流行的等效累计法[10~11],将各种 开断电流全都等效推算至满容量下一起考核寿命,此次纪 录没有考虑低于额定短路开断电流的情况,只记录了开断31.5kA额定短路电流次数,即灭弧 室触头实际的磨损程度要比记录情况还要更加苛刻。
  

   HK-合闸开关 SP-试品 FL-分流器 FD-辅助断路器
   YQ-延弧回


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