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        實例講解zw7系列真空斷路器截流過電壓的抑制方案發布時間:2018-8-24?|?來源:上海上碩電氣有限公司

        概述:當真空斷路器開斷小電感電流時,引起操作過電壓,稱為截流過電壓,這種電壓會對線路和電氣設備的絕緣造成危害,在35kV系統中,操作過電壓保護措施相對較少,在一定程度上阻礙斷路器的應用范圍。下面以zw7系列真空斷路器為例來談一談截流過電壓的抑制方案:

        截流過電壓產生過程:

        原因一、真空斷路器開斷小電感電流時的截流現象:

        主要是由于電弧電流較小時,陰極斑點提供的金屬蒸氣不夠充分和穩定引起的。真空電弧由電極在分斷瞬間受熱引起金屬蒸發而形成,電弧使電極表面出現一些斑點,這些斑點上的金屬會不斷熔化和蒸發來維持真空電弧。開斷大電流時,金屬蒸氣充分蒸發,電弧比較穩定,在工頻電流自然過零時熄弧。試驗證實,開斷幾百至幾千安的交流電流時,一般不會發生截流現象。開斷小電感電流時,如空載變壓器激磁電流(一般只有額定電流的0.6~2),由于弧柱擴散速度太快,陰極斑點四周的金屬蒸氣壓力和溫度劇降,使金屬質點的蒸發不能維持弧柱的擴散,造成電流到達零點之前的某一瞬時值時發生強制熄弧而形成截流。

        原因二、現有過電壓保護裝置存在的不足:

        1、并聯金屬氧化物避雷器(MOA):

        MOA結構簡單,但是其保護作用僅僅是限制過電壓的幅值,而不能限制過電壓的波頭陡度,在達到MOA動作門檻電壓前不能減輕過電壓對變壓器縱絕緣的作用。35kV系統為中性點不接地系統,MOA必須承受單相接地弧光接地過電壓的長期作用,時間可以是2h。因此使用MOA時必須提高其直流1mA參考電壓,從而導致MOA殘壓升高,只能勉強與變壓器的出廠直流耐壓值配合,保護效果較差。

        2、RC吸收裝置:

        RC吸收裝置原理的核心就是用來改變電路的工作狀態,將振蕩電路改為非振蕩電路,從而抑制過電壓。它可以降低截流過電壓幅值的陡度,并對高頻振蕩進行阻尼,降低重燃的可能性。但是RC吸收裝置中的電容增加了電網接地的總電容電流,可能會因此而裝設補償設備,使電網運行復雜化。另外,RC吸收裝置參數的選擇,尚沒有明確的方法和標準,這是因為真空斷路器開斷電感性負荷時的過電壓取決于很多實際因素,一但參數選擇不當,輕易引起電阻燒毀和跳閘事故。而且RC吸收裝置體積大、成本高,安裝維護工作量也大。

        使用低截流值真空斷路器抑制截流過電壓的最佳方案:

        ZW7型戶外真空斷路器采取了一系列措施來改進其性能,大大降低了截流值,不會產生操作過電壓,因而不需要另外安裝限壓裝置,既節省了投資,又提高了系統的工作可靠性。

        1、采用新型低截流值觸頭材料:

        大量試驗與實踐證實,截流值主要取決于觸頭的金屬材料。一般來說,觸頭材料的飽和蒸氣壓力越高,導熱系數越小,截流值就越低,反之則越高。而技術上對真空斷路器觸頭的要求是多方面的,既要求觸頭的截流值低,又要求斷路器有很強的分斷能力(分斷大電流的能力),還要求在動、靜觸頭分開時具有較高的絕緣強度,單一的金屬材料很難滿足要求。因此,常用多元合金或在多孔的高熔點金屬(如鎢、鉻等)觸頭上浸漬低熔點合金(銅或銅合金)。這種觸頭的陰極斑點可噴發相對較多的金屬蒸氣,在滿足其他性能的要求下可以盡量降低截流值。CuCr觸頭材料是目前應用最廣最成功的觸頭材料,具有開斷能力強,耐壓水平高等優點,但其截流值較高。為此對降低CuCr觸頭材料的截流水平進行了深入研究,先后在CuCr觸頭材料中添加Bi、Sb、Ta等材料,改變材料成分及含量,改變材料的金相及內部結構,使ZW7型戶外真空斷路器的截流水平下降。

        2、最佳開距:

        觸頭開距增大會使蒸氣粒子的擴散空間增大,有利于降低粒子密度和電弧溫度,所以導致截流值增大,這一點已經為試驗所證實。因此,對ZW7型戶外真空斷路器的最佳開距進行了理論和試驗研究,在保證大電流開斷能力和耐壓水平的基礎上,將開距由原來的22mm減小到18mm,使截流值降低,而且降低了操作功。

        3、極間磁場:

        研究表明,極間磁場較弱時,適當增加磁場會使截流值降低;而當極間磁場較強時,增加磁場反而會使截流值升高。因此,改進后的ZW7型戶外真空斷路器采用目前應用最廣的縱向磁場電極,并改進了極間磁場分布,使其截流值最低。

        通過對ZW7型戶外真空斷路器在觸頭材料、觸頭結構、最佳開距等方面的研究與改進,使其截流值大大降低,從而有效地抑制了操作過電壓,這對真空斷路器的推廣和安全運行具有積極意義。


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