真空开关过电压.doc

毕业论文： 真空断路器操作过电压 原因分析及防范措施 　　　　　　作者单位：　 作　者　：　　　　　　　 真空断路器操作过电压 原因分析及防范措施 [摘要]本文介绍了百丈漈电厂采用真空断路器替换少油断路器的情况，针对真空断路器的操作过电压现象，分析了真空断路器产生操作过电压的原理，通过对真空断路器操作过电压的原因分析提出了防范建议，并结合现场实际情况做了技术改进和防范措施。 [关键词]真空断路器　操作过电压　分析及防范 　　　温州百丈漈水力电厂系梯级发电企业，成立于上世纪60年代初期，有百一电、百二电两级电站，总装机44.6MW。现另管辖三个110kV变电所和三个多经电站（装机29 MW），共有各电压等级真空断路器74台。从1995年开始断路器无油化改造以来，对其下属单位共18台少油断路器进行了技改，全部采用了真空断路器，对95年后施工的电压等级为35kV、10kV、6kV断路器设备亦进行了真空断路器的选型。 真空断路器是利用真空的绝缘和灭弧性能构成的开关设备。它的触头是在密封的真空腔内分、合电路的，触头切断电流时，仅有金属蒸汽离子形 成的电弧，而无气体的碰撞游离，因金属蒸汽离子的扩散及再复合过程非常迅速，从而能快速灭弧和恢复原来的真空度，可真空断路器具有维护工作量小、断流容量大、适宜频繁操作等许多优点，但是，真空断路器在运行中发生的操作过电压问题亦引起了人们的高度关注。真空断路器在接通和分断电路时，都可能发生操作过电压。真空断路器的触头合闸时一般存在不同程度的弹跳现象，因而发生过电压。但接通电路时，触头间距随时间增长很快消失，触头间出现的过渡电压呈下降趋势，因此，过电压的峰值一般较低，对设备没有多大威胁。截流过电压。真空断路器开断小电感电流时的截流现象，主要是由于电弧电流较小时，阴极斑点提供的金属蒸气不够充分和稳定引起的。真空电弧由电极在分断瞬间受热引起金属蒸发而形成，电弧使电极表面出现一些斑点，这些斑点上的金属会不断熔化和蒸发来维持真空电弧。开断大电流时，金属蒸气充分蒸发，电弧比较稳定，在工频电流自然过零时熄弧。试验证明，开断几百至几千安的交流电流时，一般不会发生截流现象。开断小电感电流时，如空载变压器激磁电流(一般只有额定电流的0.6％~2％)，由于弧柱扩散速度太快，阴极斑点附近的金属蒸气压力和温度剧降，使金属质点的蒸发不能维持弧柱的扩散，造成电流到达零点之前的某一瞬时值时发生强制熄弧而形成截流。由于真空断路器良好的灭弧性能，当开断小电流时，电弧在过零前就会熄灭，由于电流被突然切断，其滞留于电机等电感绕组中的能量必然向绕组的杂散电容充电，转变为电场能量。对于电机和变压器，特别是空载或容量较小时，则相当于一个大的电感，且回路电容量较小，会产生高的过电压，特别是开断空载变压器时更危险。重燃过电压重燃过电压一般指的是电弧熄灭后，在工频电压相位角为0～90°范围内电弧复燃重击穿是指工频电压相位角为90～180”范围内电弧复燃。 如图1。如果在t=t。时断路器断开，产生电弧，因为电弧电压很低，可近似uf≈0（uf为电弧电压），所以电源电压u与电容电压uc基本相等，即u≈uc。在t≈t1时，电流过零，电弧熄灭，这时电源电压将继续按正弦规律变化而逐渐变小，但电容电压因电路开断不再变化，保持uc=-um，断路器触头间的电压uhf=u－uc=Um(-Um)=2um，触头间的介质强度不够，发生了击穿，电路会发生高频振荡（振荡频率f0=），触头间出现高频电流。这时，电容器上的电压为触头间的电压减去电容上残留的电压，即 uc=2Um－UO=? 2Um－（－Um）=3 Um（U。为电容上的残压）。电容上就出现了3倍过电压。以此类推，这种情况继续下去，触头间反复击穿，电容上就会出现5倍、7倍…．的过电压。虽然多次击穿从理论上讲是成立的，但实际上却很少发生。因为触头间距在开断过程中是不断增加的,介质强度也将不断提高。当介质恢复强度超过电压过渡增长速度时，电弧在电流过零时熄灭重击穿现象就会停下来。所以，重击穿所产生的过电压有一定的限制，并不会太高。以开断电容电路为例，实际中所测量触头间的电压都在3Um以下由此可见发生重击穿过电压大小与分闸时的电流相位角有关，相位角越小，断路器开断时燃弧时间越长另外，断路器的分断速度亦和操作过电压有关，很明显，当断路器的分断速度增大后，电流过零时触头的分开距离增大，介质强度亦因此增大，当然不易发生重击穿现象。真空管是造成截流过电压的主要原因。所以采用导热系数低，饱和蒸汽压高、低截流水平的触头材料，应用纵向磁场的熄弧原理，把截流过电压控制在一个较低的水平??? 2、为了防止重燃或重击穿产生的过电压危害，采用“运行老练”的方法来提高触头间的耐压强度。所谓“运行老练”，就是在真空管电极间加上一定