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技術(shù)文章 |
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六氟化硫微水儀生產(chǎn)廠家分析SF6高壓斷路器開(kāi)斷短路電流性能 |
發(fā)布日期：[2018-11-05] 共閱[703]次 |
目前SF6斷路器在系統(tǒng)中大量使用，SF6斷路器與以前的油斷路器相比，很重要的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是滅弧機(jī)理的改進(jìn)，從而延長(zhǎng)了使用壽命，減少了運(yùn)行檢修工作。隨著電力走向市場(chǎng)，對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高，電氣設(shè)備的狀態(tài)檢修正逐步開(kāi)展，對(duì)SF6高壓斷路器而言，許多廠家對(duì)密封、機(jī)構(gòu)傳動(dòng)等在機(jī)械壽命內(nèi)都可以做到免維護(hù)，確定高壓斷路器停電檢修或更換主要根據(jù)其開(kāi)斷短路電流的次數(shù)。因此，在高壓斷路器設(shè)備的招標(biāo)中，斷路器開(kāi)斷額定短路電流的次數(shù)已成為一個(gè)重要指標(biāo)。
1、SF6斷路器的主要滅弧形式
1．1 變開(kāi)距滅弧結(jié)構(gòu)的主要形式
近年來(lái)大量進(jìn)口和合資廠的斷路器引進(jìn)電力系統(tǒng)，主要有SIEMENS、ABB、ALSTOM、AEG等公司的產(chǎn)品。這類(lèi)斷路器都采用SF6作為絕緣介質(zhì)，絕大多數(shù)生產(chǎn)廠生產(chǎn)的110kV及以上的斷路器滅弧室結(jié)構(gòu)采用的都是變開(kāi)距滅弧結(jié)構(gòu)。其滅弧原理不外乎自能式、壓氣式、自能壓氣式三種形式。壓氣式建壓快，觸頭不易磨損，在開(kāi)斷小電流時(shí)容易發(fā)生截流；自能式建壓慢，對(duì)電弧觸頭易燒損，開(kāi)斷小電流時(shí)可靠性不高；自能壓氣式將兩種方式結(jié)合起來(lái)，開(kāi)斷大電流用自能原理，開(kāi)斷小電流用吹氣原理。另外國(guó)內(nèi)的一些斷路器生產(chǎn)廠也引進(jìn)國(guó)外技術(shù)開(kāi)發(fā)了部分產(chǎn)品，如西安高壓開(kāi)關(guān)廠的LW14（15）、平頂山高壓開(kāi)關(guān)廠的LW6等型號(hào)斷路器。
1．2 SIEMENS定開(kāi)距滅弧結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
IEMENS公司生產(chǎn)的220kV及以上斷路器的滅弧室結(jié)構(gòu)采用的是定開(kāi)距壓氣式雙向內(nèi)噴射滅弧原理。兩個(gè)配置有耐弧的石墨觸頭的靜觸頭固定不動(dòng)，由連桿帶動(dòng)引弧部位鑲有引弧石墨園環(huán)的橋式動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)斷路器的分合閘。定開(kāi)距滅弧室的石墨噴嘴是其主要特點(diǎn)，加工，電場(chǎng)均勻，耐弧性能*，從而延長(zhǎng)了電壽命。目前SIEMENS也已開(kāi)始生產(chǎn)220kV變開(kāi)距滅弧原理的斷路器。
2、短路開(kāi)斷試驗(yàn)
斷路器的短路開(kāi)斷試驗(yàn)必須要有大容量的電源，即在短時(shí)間內(nèi)能提供相當(dāng)于電力系統(tǒng)短路時(shí)那樣大的容量。當(dāng)斷路器的額定參數(shù)提高后，由于受試驗(yàn)水平和條件的限制，即使選擇合成試驗(yàn)的方法（試驗(yàn)時(shí)用兩個(gè)電源，一個(gè)供給電流，另一個(gè)供給電壓）也難以滿足試驗(yàn)要求，必須選擇合理有效的試驗(yàn)方法。
目前國(guó)內(nèi)斷路器的開(kāi)斷試驗(yàn)由整體試驗(yàn)、單相試驗(yàn)和單元試驗(yàn)三種方式。整體試驗(yàn)是在組裝完整的三相斷路器上按照斷路器規(guī)定的額定電壓和額定短路開(kāi)斷電流進(jìn)行三相試驗(yàn)。這種試驗(yàn)接近于實(shí)際開(kāi)斷情況，考核產(chǎn)品的性能真實(shí)。但要求的試驗(yàn)容量和斷路器的額定短路開(kāi)斷容量相等，試驗(yàn)投資相當(dāng)大，對(duì)于大容量斷路器幾乎不可能。一般整體實(shí)驗(yàn)于35kV及以下，額定開(kāi)斷電流31．5kA及以下的斷路器。
對(duì)于110kV及以上的斷路器都采用單相試驗(yàn)的方法，若斷路器的額定電壓為U，額定短路開(kāi)斷電流為Is，整體試驗(yàn)要求的容量為P=√3UIs，單相試驗(yàn)時(shí)考慮首開(kāi)相系數(shù)1．3，因而試驗(yàn)設(shè)備的容量P1=1.3UPIS=1.3U/√3×IS=0.43P。因此各相分裝的三相斷路器絕大部分用單相試驗(yàn)來(lái)考核斷路器的開(kāi)斷能力。過(guò)去大量使用的SW6、SW2等型號(hào)斷路器的額定短路開(kāi)斷都能考核到每一相。如西高廠的SW6說(shuō)明書(shū)中明確不經(jīng)任何檢修，SW6能連續(xù)13次開(kāi)斷額定短路電流，我們的理解就是每一相都能開(kāi)斷13次額定短路電流。
3、SF6斷路器的短路開(kāi)斷次數(shù)分析SF6斷路器的短路開(kāi)斷次數(shù)分析
3．1 變開(kāi)距滅弧結(jié)構(gòu)斷路器的短路開(kāi)斷次數(shù)
斷路器開(kāi)斷短路電流次數(shù)是決定斷路器是否進(jìn)行檢修的主要依據(jù)，一般在SF6斷路器的標(biāo)書(shū)中要求短路開(kāi)斷次數(shù)＞20次以保證一定的免維護(hù)使用期。這里存在一個(gè)問(wèn)題，幾乎所有的生產(chǎn)廠在投標(biāo)文件中都承諾短路開(kāi)斷次數(shù)＞20次，但查閱它們的短路開(kāi)斷次數(shù)與開(kāi)斷電流的關(guān)系曲線，除了SIEMENS采用定開(kāi)距結(jié)構(gòu)的斷路器外，均達(dá)不到20次的要求。
如SIEMENS的110kV3AP1FG型，額定短路開(kāi)斷電流為40kV，曲線反映滿容量開(kāi)斷次數(shù)為17次；AEG公司110kVS1－123F1／3131型，額定短路開(kāi)斷電流為31．5kV，曲線反映滿容量開(kāi)斷次數(shù)為15次；ALSTOM的220kV的FXT14F型，額定短路開(kāi)斷電流為40kV，曲線反映滿容量開(kāi)斷次數(shù)為10次；SIEMENS的220kV的3AP1－FI型，額定短路開(kāi)斷電流為50kV，曲線反映滿容量開(kāi)斷次數(shù)僅為6次。國(guó)內(nèi)廠家一般不提供曲線，如西高廠在LW15型斷路器說(shuō)明書(shū)中間接提到推薦的主觸頭檢修周期為額定短路電流開(kāi)斷約20次。
為什么會(huì)這樣呢？應(yīng)該說(shuō)用戶在招標(biāo)文件中提到的要求斷路器短路電流開(kāi)斷次數(shù)＞20次的指標(biāo)，是按單相考核的，因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)說(shuō)明110kV以上斷路器的開(kāi)斷試驗(yàn)是分相進(jìn)行的。而生產(chǎn)廠的解釋是高壓系統(tǒng)接地故障為主要故障，從概率上講單相能開(kāi)斷7次，三相就能開(kāi)斷20次以上，實(shí)際上每相滿容量開(kāi)斷20次是達(dá)不到的。從世界上目前的斷路器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝水平來(lái)看，變開(kāi)距自能壓氣滅弧斷路器，220kV的滿容量開(kāi)斷不大于10次，110kV的不大于20次。
3．2 定開(kāi)距滅弧結(jié)構(gòu)斷路器短路開(kāi)斷次數(shù)
SIEMENS的定開(kāi)距壓氣滅弧斷路器確實(shí)能達(dá)到額定短路開(kāi)斷20次的要求，其220kV的3AQ1－EE斷路器額定短路開(kāi)斷電流50kV的可以滿容量開(kāi)斷20次，40kV的可以開(kāi)斷25次。但也有利有弊：定開(kāi)距滅弧室斷口的絕緣裕度比變開(kāi)距結(jié)構(gòu)??；導(dǎo)電觸頭和石墨弧觸頭連在一起，導(dǎo)電觸頭容易受電弧影響；操作功大，對(duì)機(jī)構(gòu)要求高，一般采用液壓機(jī)構(gòu)才能滿足要求；運(yùn)動(dòng)及傳動(dòng)部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)設(shè)計(jì)和安裝工藝要求高；價(jià)格較高。
變開(kāi)距自能壓氣滅弧斷路器利用短路電流中的能量去加熱SF6氣體，遮斷短路電流所需工作壓力并非來(lái)自斷路器的操作機(jī)構(gòu)，這樣操作機(jī)構(gòu)就可以設(shè)計(jì)成特別簡(jiǎn)單可靠，即采用彈簧機(jī)構(gòu)或液壓彈簧機(jī)構(gòu)。
4、SF6斷路器短路開(kāi)斷次數(shù)的選擇和建議
4．1 短路開(kāi)斷電流的分析
DL／T615－1997標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的交流高壓斷路器額定參數(shù)中，額定短路開(kāi)斷電流是指額定短路電流中交流分量的有效值。而通常我們認(rèn)為額定短路開(kāi)斷電流表征的是斷路器在端部短路下的開(kāi)斷能力，它由兩部分合成：交流分量有效值和直流分量百分?jǐn)?shù)。通常系統(tǒng)短路電流中的直流分量衰減時(shí)間常數(shù)為45ms，而斷路器的實(shí)際開(kāi)斷電流值指斷路器動(dòng)作后在觸頭分離瞬間的三相短路電流值，并不是短路后0s的數(shù)值，因?yàn)楝F(xiàn)代高壓、超高壓的斷路器分閘時(shí)間都很短，一般在0．04s，計(jì)及電弧燃燒時(shí)間，繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，觸頭分離瞬間已是短路發(fā)生之后的0．08～0．1s，此時(shí)短路電流已有一定的衰減。當(dāng)斷路器安裝處在電氣上與發(fā)電機(jī)足夠遠(yuǎn)時(shí)，短路電流中交流電流的衰減可以忽略。所以選用斷路器時(shí)，其額定短路開(kāi)斷電流不小于安裝處的系統(tǒng)短路電流有效值就可以了。
4．2 設(shè)備招標(biāo)文件對(duì)開(kāi)斷次數(shù)的提法
首先標(biāo)書(shū)上提的要求應(yīng)嚴(yán)格明確、符合實(shí)際。額定短路電流開(kāi)斷次數(shù)指明是單相開(kāi)斷次數(shù)，因?yàn)樘崛嚅_(kāi)斷次數(shù)概念不清，可理解為三相短路開(kāi)斷數(shù)，也可理解為3個(gè)單相的開(kāi)斷數(shù)累計(jì)。對(duì)開(kāi)斷短路電流31．5kA或40kA的110kV斷路器，目前都達(dá)不到20次單相開(kāi)斷的要求，可以提出單相開(kāi)斷15次的要求。220kV的開(kāi)關(guān)如果提20次，目前能做到的也只有SIEMENS一家，對(duì)于招標(biāo)也無(wú)意義，也要修改，可以將50kA的定為6次，40kA的定為10次較為適宜。
4．3 斷路器額定短路開(kāi)斷次數(shù)的合理選擇
我國(guó)1993年版的《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中明確規(guī)定為了取得合理的經(jīng)濟(jì)效益，城市各級(jí)電壓的短路容量應(yīng)該從網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、變壓器的容量、阻抗的選擇、運(yùn)行方式等方面進(jìn)行控制，使各級(jí)電壓斷路器的開(kāi)斷電流以及設(shè)備的動(dòng)熱穩(wěn)定電流得到配合，通常220kV斷路器選擇40kA，110kV斷路器選擇31．5kA或40kA。實(shí)際上除極個(gè)別500kV變電所的220kV母線，大部分220kV母線短路容量遠(yuǎn)小于40kA。另一方面，SF6斷路器短路開(kāi)斷次數(shù)與短路開(kāi)斷電流關(guān)系基本符合∑nI2=C公式，即短路開(kāi)斷次數(shù)與短路開(kāi)斷電流的平方成反比。例如我局220kV聞堰變220母線短路容量為9804MVA，約25.7kA，所用斷路器為40kA的LW15型，按照生產(chǎn)廠提供的約20kA次的開(kāi)斷數(shù)，單相開(kāi)斷約7次。則斷路器近區(qū)可開(kāi)斷次數(shù)均為n＝7×402／25．72＝16．9。因此對(duì)220kV斷路器的選擇要實(shí)事求是，短路開(kāi)斷次數(shù)固然重要但不必刻意追求，只要滿足運(yùn)行要求即可。
變開(kāi)距結(jié)構(gòu)的斷路器雖然開(kāi)斷次數(shù)不及定開(kāi)距結(jié)構(gòu)斷路器，但機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)輕巧、運(yùn)行維護(hù)工作少、價(jià)格便宜，也是較好的選擇。目前110kV斷路器本身滿容量開(kāi)斷一般可達(dá)到15次以上，而且額定短路開(kāi)斷電流與110系統(tǒng)短路電流相比有較大的裕度。*運(yùn)行要求。如選擇31．5kA開(kāi)斷次數(shù)為15次的斷路器在20kA系統(tǒng)中運(yùn)行，按照公式計(jì)算，近區(qū)開(kāi)斷次數(shù)可達(dá)到37次，壽命期內(nèi)可以做到免維護(hù)。
4．4 斷路器短路開(kāi)斷的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)
平時(shí)運(yùn)行工作中對(duì)開(kāi)斷短路的統(tǒng)計(jì)也要全面仔細(xì)?，F(xiàn)在220kV變電所都有故障錄波器，而且微機(jī)保護(hù)大量采用，斷路器本身也有動(dòng)作計(jì)數(shù)器，為基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)創(chuàng)造了條件。一般線路故障可以確定相間還是單相，短路電流的數(shù)量。這些基礎(chǔ)工作為斷路器的檢修提供依據(jù)，做到有的放矢。
SF6斷路器額定短路開(kāi)斷電流是其主要技術(shù)參數(shù)，而額定短路電流開(kāi)斷次數(shù)反映了開(kāi)斷短路電流的性能，是評(píng)估斷路器使用壽命和開(kāi)展斷路器狀態(tài)檢修的重要依據(jù)。我們對(duì)SF6斷路器額定短路電流開(kāi)斷次數(shù)要有比較全面的認(rèn)識(shí)，在選擇斷路器和平時(shí)運(yùn)行維護(hù)時(shí)，對(duì)這個(gè)指標(biāo)要仔細(xì)慎重，綜合考慮。以上對(duì)高壓斷路器開(kāi)斷短路電流的分析探討，希望能為今后設(shè)備的選型、運(yùn)行檢修提供一些幫助。
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