一种双断口真空断路器的设计

2016-03-23 03:09卢留洋沙云鹏王刚

魅力中国 2016年12期

卢留洋沙云鹏王刚

(平高集团有限公司，河南平顶山 467001)

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无功功率补偿装置在供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。而在12kV-40.5kV的系统中，进行无功功率补偿最实用、最经济的方法就是安装并联电容器组。而投切电容器组开关性能的优劣对能否成功完成任务至关重要。而且，投切电容器组开关的动作十分频繁，几乎每天都在动作。然而，根据当前电网的运行经验，目前真空断路器在投切电容器组时的重燃概率依然居高不下。由于电容器组开关的频繁操作，致使系统中故障频发，给电力设备带来严重的危害，同时也限制了真空断路器在这一方面的应用。因此如何提高真空断路器投切电容器组的能力，这是电网安全运行方面迫切需要解决的问题，也是真空开关设备研究、制造和生产部门必须面临的重要课题。

一、结构设计

(一)设计背景

双断口布置的开断能力是单断口开断能力的2倍以上。在第一个间隙发生击穿情况下，另一个间隙经常临时耐受整个TRV而没有使两个间隙发生最终击穿故障。在较高的电压等级，例如40.5kV，断路器难以通过电容器开断试验。若将两个灭弧室串联起来，两个灭弧室中的每一个都具有单独的重击穿概率，击穿概率与触头行程为非线性关系。在触头开距为2×14mm时，与单开距28mm相比，绝缘耐受电压增加约40%。因为真空间隙的快速恢复，单只灭弧室可能的击穿不会导致完全击穿。在第二只灭弧室也发生击穿的情况下，将面临老炼的第一只灭弧室比以前具有更强的耐受能力。比如，在真空间隙为1.6mm时，1个真空灭弧室只能承受16kV的恢复电压;2个真空灭弧室串联时可以承受的恢复电压为51kV。同样，当真空间隙为2mm时，一个真空灭弧室只能承受38kV的恢复电压，2个真空灭弧室串联则可承受100kV。可见，双断口真空断路器无论从绝缘水平，开断能力，还是从重击穿概率低等方面都优于单断口，在现有的技术基础上，双断口灭弧室串联是解决真空断路器投切电容器组开关重燃概率高的根本途径。

(二)设计方案

断路器在开断和关合电容器组的瞬时，所处系统电压的初相角通常都是随机的和不确定的，因此会产生不同程度的暂态过程。比如，在关合电容器组时，常常会产生幅值很高的涌流和过电压，尤其是背对背电容器组的关合，涌流可能达额定电流的百倍。不仅对系统中的设备不利，还可能引起继电保护的误动作，影响电力系统的稳定。

较大的电容器组关合涌流，易引起触头的熔焊，增加了开关分断电容器组时的重燃概率。从型式试验统计数据中得知，投切电容器组试验时，合分操作的重燃概率大于单分操作的重燃概率。当断路器合闸时，由于预击穿电弧的作用，使触头形成细微的焊点。当触头再次分闸时，尤其是分闸电流较小时，细微的焊点被拉断，形成微小凸起。细微焊点的凸起可能成为恢复电压连续击穿的原因，即重燃或重击穿。并且，这种凸起可能成为下次合闸时预击穿的触发点，引起预击穿的距离及时间变长，从而增加下一次分闸后的重击穿概率。尤其是关合背对背电容器组时，合闸涌流较大，更容易造成触头的熔焊，增加分闸后的重击穿概率。