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        關于真空斷路器電壽命極限開斷次數的探討發布時間:2018-10-15?|?來源:上海上碩電氣有限公司

        摘要:目前現場對真空斷路器滅弧室更換的依據之一是型式試驗中的額定短路電流開斷次數,由于考慮到更換不及時可能會造成開斷失敗引發事故,某些用戶僅由通過計算的累積開斷電流次數達到額定短路開斷次數的80進行滅弧室的更換,這實際上造成了非常大的浪費。
        關鍵詞:真空斷路器,真空滅弧室,電壽命,電磨損,短路開斷試驗

        一、真空斷路器產品背景概述:

        真空斷路器由于其熄弧能力強,燃弧時間短,觸頭磨損小,機械壽命長,維護量小,滅弧室更換容易等一系列特點深受用戶的青睞。更是在405KV及以下電壓等級的市場上占據主導地位。如今現場采取對真空斷路器的維修及滅弧室更換原則為依據其在大容量試驗站進行的機械壽命次數及額定短路電流開斷次數(例如:20次、30次、50次等等)。但真空斷路器究竟能夠開斷多少次短路電流呢?20世紀90年代中期,有的廠家12KV真空斷路器產品曾經通過了額定短路開斷電流,75次試驗至于更多的開斷次數以及更高電壓等級產品的更多次數開斷能力,由于試驗費用太高,廠家無法負擔這樣的研發成本,所以并沒有進一步深入地研究下去。作者通過分析2002年至2005年4年來的約400份型式試驗報告、原始記錄及試驗波形,并且跟蹤一臺合成試驗用輔助斷路器單極近一年的開斷情況,提出了一些自己的想法。
        二、型式試驗報告的分析結論:
        分析查閱了2002~2005四年間約400份真空斷路器及開關柜的型式試驗報告,共發現63臺次真空斷路器試品在短路開斷試驗過程中出現問題。通過分析發生問題試品的開斷次數區段,發現這樣一個規律:試驗產品隨著開斷次數的增加試驗,失敗率反而在減小。其中,發生問題的開斷次數區間在1~10次中的占67.4,11~20次中的占17.4,21~30次中的占1520次以上的為0,詳情如表1所示。


        開斷失敗的原因,一般主要有:

        (1)滅弧室缺陷,如真空度不合格,老煉不充分;

        (2)開關裝配不良,如行程曲線不理想,滅弧室安裝偏心,螺絲松動;

        (3)機構可靠性差等。

        從表1中可以看出,開斷試驗中大部分問題出現在電壽命試驗開始階段,一旦度過這段過程,失敗的幾率就開始減小。當然失敗的原因不排除滅弧室本身的問題,但現在真空滅弧室的生產基本采用真空爐內一次封排技術,技術已相當成熟,合格率相當高,而且出廠時還要經過幾次高電壓、小電流的充分老煉,真空度的檢測,出現問題的概率應該說很小。換句話講,如果真是由于滅弧室自身的缺陷造成開斷的失?。ㄈ绾高B、未滅?。?,也應該是隨著開斷次數的增多,觸頭材料大量產氣造成真空度下降過快或者觸頭材料熔化而飛濺出的金屬顆粒使滅弧性能下降而造成失敗幾率增加,而事實上正好相反口開斷30次以上的試品元一例外都通過了電壽命試驗甚至同一臺產品連續成功做了兩輪電壽命試驗即同時滿足國標要求的274次E2級延長的電壽命試驗和滿足電標要求的滿容量開斷30次的電壽命試驗。
        由此可見,真正造成短路開斷失敗的主要問題不在滅弧室本身,而在裝配調試過程中的不認真和人為疏忽上??梢哉f,一臺裝配合理,調試良好的開關,只要選配合格的真空滅弧室理論上都能夠進行幾十甚至上百次的額定短路電流開斷。
        3、驗證性試驗及結果:
        影響電壽命的主要因素是電磨損,包括滅弧室、滅弧介質、觸頭三方面,通常認為起決定作用的是觸頭的磨損,主要表現為觸頭的凈損失、觸頭材料的金屬轉移和化學腐蝕,凈損失多是在電弧高溫作用下已熔化或氣化的觸頭表面被流體介質沖走或噴濺所造成。觸頭的電磨損取決于電弧能量即開斷電流和燃弧時間。大量的試驗結果表明,從斷路器累積電磨損的角度考慮,雖然燃弧時間的長短對單次開斷是隨機的,其平均燃弧時間則是趨近的(平均為6~10MS),即可忽略首開相、后開相的影響,完全用開斷電流作參考量。
        根據真空電弧理論分析可知真空電弧電壓是一個接近的數值,不受外施電壓大小的影響,而只需一定的外施電壓來維持真空電弧電壓所以只要短路電流滿足要求,可以采取降低電壓的方法進行電壽命開斷試驗,其觸頭磨損程度應該能夠等效全電壓的情況。依據此原理合成試驗所用輔助斷路器由于每次均參與開斷短路電流,也承受較高的恢復電壓,故仍能滿足對觸頭的磨損要求。所以作者自2005年10月~2006年7月對站內合成試驗用輔助斷路器的開斷情況進行了詳盡的紀錄以用來考核驗證真空斷路器的電壽命極限開斷次數能力試驗原理如圖1所示。圖中FD的滅弧室型號為TD-40.5/1600-31.5(編號0402578),對新更換的真空滅弧室進行了近一年的跟蹤測試,記錄了每一次的開斷情況,為了滿足試驗的等價性,特意將它每次的燃弧時間整定為8~10MS。不同于目前流行的等效累計法所說將各種開斷電流全都等效推算至滿容量下一起考核壽命,此次紀錄完全沒有考慮低于額定短路開斷電流的情況,只記錄了開斷額定短路電流次數,即315KA的情況口也就是說,實際工況比記錄情況還要更苛刻。


        截止至2006年7月底共進行405KV、315KA等級各種產品試驗約20臺總共開斷315KA電流211次,累計開斷電流6600KA累計燃弧時間約為1900MS。7月27日將此極滅弧室作為試品進行了40.5KV、315KA合成開斷試驗一共進行了3次有效開斷。其中,一次對稱電流開斷,燃弧時間為85MS;一次大半波中燃弧開斷燃弧時間為10MS和一次大半波長燃弧開斷試驗,燃弧時間為12MS(T100A可以說是短路開斷試驗里最嚴酷的項目之一),3次開斷均成功,圖2、圖3為開斷試驗波形。隨后又對該滅弧室進行了絕緣試驗,其中工頻耐壓達到100KV,沖擊耐壓水平略低于標準要求(185KV),達到182KV。這充分證實了此只滅弧室仍然具備很強的滅弧能力,仍能滿足繼續使用的條件。在解剖后發現觸頭燃弧覆蓋面比較均勻,觸頭面開槽大部分已熔化粘連觸頭表面燒損約。



        1.4MM,局部已產生凹坑,觸頭燒損情況如圖4所示,而且金屬蒸汽對屏蔽筒的噴濺也很輕微,說明縱磁場結構電極控弧能力很強。
        4、總結:
        通過上述驗證性試驗證明就目前的制造工藝和技術水平而言,滿容量電壽命開斷次數20、30甚至50次并不能真實反映真空斷路器實際的電壽命開斷能力,對于E2級274次延長的電壽命開斷次數經同樣產品分別按照兩種標準進行開斷試驗后的解剖效果看,其觸頭燒損程度僅相當于20~30次之間的滿容量電流開斷后的效果。如果一切環節均配合正常的話,真空斷路器的電壽命極限開斷次數的潛力非常大。所以,如果在使用現依據在試驗站驗證的電壽命能力次數的要求來進行真空滅弧室的更換無疑會造成相當大的浪費。

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