張廣明

中壓真空斷路器的使用和分析

張廣明

針對12 kV真空開關(guān)量大面廣的特點(diǎn)，對電力部門現(xiàn)場試驗(yàn)檢測結(jié)果進(jìn)行有選擇性的調(diào)查，并進(jìn)行比較分析。

12 kV真空開關(guān)；真空斷路器；機(jī)械特性

1 調(diào)查結(jié)果概述

由于國內(nèi)真空開關(guān)型號很多，筆者選擇兩種有代表性的開關(guān)在國電電力發(fā)展股份有限公司大同第二發(fā)電廠進(jìn)行調(diào)查。一種是以常州森源為代表的VS1型真空開關(guān)，一種是以北京開關(guān)廠和大連真空開關(guān)廠為代表的ZN12型真空開關(guān)。兩種真空開關(guān)規(guī)格都為額定電壓12 kV、額定電流1 250 A、額定短路開關(guān)電流31.5 kA。從現(xiàn)場真空開關(guān)機(jī)械特性測試的結(jié)果看，ZN12型比VS1型更好，差異較大的參數(shù)主要表現(xiàn)在彈跳方面。

2 真空斷路器相互比較

2.1 兩種斷路器的由來

我國是從80年代開始引進(jìn)真空開關(guān)，隨之吸收國外先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行一系列的國產(chǎn)化發(fā)展。國產(chǎn)VS1(ZN63)型真空開關(guān)主要是在ABB公司生產(chǎn)的VD4開關(guān)基礎(chǔ)上開發(fā)設(shè)計(jì)的。ZN12型真空開關(guān)產(chǎn)品主要是引進(jìn)德國西門子3AF型產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)行開發(fā)生產(chǎn)的。

2.2 機(jī)械特性和結(jié)構(gòu)比較

機(jī)械特性和結(jié)構(gòu)比較見表1。

3 比較分析

3.1 分合閘時(shí)間

分閘時(shí)間是指從發(fā)出分閘信號開始到開關(guān)觸頭剛分開為止；合閘時(shí)間是指從發(fā)出合閘信號開始到開關(guān)觸頭剛合為止。分合閘時(shí)間是由分合閘線圈動(dòng)作時(shí)間和機(jī)械傳動(dòng)時(shí)間組成的，VS1和ZN12真空斷路器的分合閘線圈動(dòng)作時(shí)間基本相同，大約都在于20 ms左右。從表1中不難看出，主軸拐臂長短，主軸轉(zhuǎn)角大小，以及總行程 (觸頭開距與超行程之和)大小是分合時(shí)間差異的主要原因。開始分離而動(dòng)作時(shí)間越短的開關(guān)，分閘時(shí)電弧移動(dòng)越快，這更有利于提高觸頭壽命，提高開關(guān)壽命（雖然GB/T11022-1999對真空斷路器的真空滅弧室內(nèi)載流部分的溫升不作規(guī)定）。

表1 VS1型和ZN12型真空斷路器主要參數(shù)比較

3.2 分合閘速度

分閘速度是指從開關(guān)觸頭剛分時(shí)開始到分開6 mm結(jié)束這段距離的平均速度；合閘速度是指從開關(guān)觸頭閉合前6 mm到開關(guān)觸頭剛合上這段距離的平均速度。分合閘速度高低對真空開關(guān)的開斷能力有直接影響，這里就不詳談，主要談一下速度快慢產(chǎn)生的原因。

大家都知道這兩種開關(guān)在觸頭分開6 mm前和觸頭剛合前都是加速運(yùn)動(dòng)的，而兩種開關(guān)的合閘功基本相同，觸頭開距相同，從運(yùn)動(dòng)的角度不難算出此前的運(yùn)動(dòng)距離長有利于提高分合閘速度。從表1中數(shù)字可看出，ZN12型超行程，主軸拐臂、主軸拐臂轉(zhuǎn)角都比VS1型大，因此分合速度快些，這是機(jī)構(gòu)本身設(shè)計(jì)不同造成的。

3.3 觸頭簧

VS1型是通過疊簧直接作用在開關(guān)觸頭上，ZN12型是彈簧通過一個(gè)約加力2倍的拐臂作用于觸頭上。疊簧的可壓縮行程小，隨壓縮程度的增大反彈力快速增大。例如，超行程在3 mm時(shí)疊簧的力為3 000 N左右，在3.5 mm時(shí)為3 400 N左右，在4 mm時(shí)為4 200 N左右。而ZN12型的觸頭彈簧隨壓縮量的增大反彈力均勻增大，即每增大1 mm增大60 N左右，加到觸頭上的力約增大120 N。通過對比不難算出達(dá)到合格壓力后每增大1 mm的超行程，疊簧產(chǎn)生的反作用力是彈簧的10倍，甚至更多。

3.4 分合閘緩沖限位器

分合閘緩沖器主要是把分合閘后的多余能量吸收掉。因?yàn)檫@兩種開關(guān)的緩沖器除了具有緩沖作用外同時(shí)具有限位的功能。例如，分閘油緩沖器的高度變化能引起開距的變化，因此筆者更愿稱它們?yōu)榫彌_限位器。

3.4.1 分閘緩沖限位器

這兩種開關(guān)分閘后的余能主要被分閘油緩沖器吸收，如果油緩沖器的勁大則影響分閘速度，因?yàn)閺挠|頭剛分時(shí)油緩沖器就起作用；勁小則余能吸收不徹底易產(chǎn)生觸頭回彈。觸頭回彈這個(gè)問題在開關(guān)檢測中沒作明確的規(guī)定。筆者認(rèn)為若緩沖器勁過小回彈大了開距變小對真空滅弧不利，易引起重燃。建議生產(chǎn)廠家利用儀器對此相進(jìn)行檢測并作必要的分析和相應(yīng)的規(guī)定。

3.4.2 合閘緩沖

斷路器在合閘時(shí)有很大的沖擊力，在斷路器完全合到位后主軸的拐臂還要向前多轉(zhuǎn)2°～3°，目的是使合閘掣子有足夠的時(shí)間回歸到位，能可靠地鎖住合閘位置。轉(zhuǎn)動(dòng)超過一定角度后就出現(xiàn)一個(gè)死點(diǎn)位。為了避免過死點(diǎn)，ZN12型采取的措施是合閘拐臂轉(zhuǎn)到合位鎖住后拐臂與合閘緩沖限位器之間的距離限定為2.5 mm左右，轉(zhuǎn)到這個(gè)角度后合閘余能主要被合閘緩沖限位器吸收。VS1型沒有合閘緩沖限位器，它的合閘余能主要被觸頭疊簧吸收。從上面疊簧的分析可看出，疊簧力的急劇增大是防止過死點(diǎn)的一種措施?？梢姾祥l到位后多轉(zhuǎn)2°～3°疊簧產(chǎn)生的較大力對觸頭是不利的，這種緩沖限位法值得進(jìn)一步研究。

3.5 彈跳時(shí)間

從現(xiàn)場調(diào)查反映的情況看，彈跳問題對不同開關(guān)差異是比較大的。VS1型發(fā)生的彈跳幾率和時(shí)間要比ZN12型發(fā)生彈跳的幾率和時(shí)間要多些。雖然彈跳發(fā)生的原因很多，但通過以上的分析不難判斷出解決合閘緩沖問題是減小彈跳的有利手段之一。合理的設(shè)計(jì)可更好地提高開關(guān)測試參數(shù)的質(zhì)量。

3.6 回路電阻

因VS1型的主導(dǎo)電相互接觸面比ZN12型的主導(dǎo)電相互接觸面少些，回路電阻稍大些，主要是機(jī)械本身設(shè)計(jì)的結(jié)果。

3.7 絕緣性

(1)VS1型是復(fù)合絕緣，絕緣性能較好，有利于開關(guān)的小型化發(fā)展，且具有一定的方便性和靈活性，互換性較好，因此中置KYN28型柜應(yīng)用比較廣泛。

(2)ZN12型是空氣絕緣，上下出線座祼露在外且成散熱片狀，回路電阻又較小，開斷能力較好。做成中置車裝在KYN28柜中時(shí)因要加絕緣隔板體積稍大些。因ZN12型是懸掛式安裝，更有利于固定安裝和落地車安裝以及在GG1A，GG1F柜的無油化改造方面有些優(yōu)勢。

4 建議

根據(jù)兩種斷路器的比較分析，建議把VS1觸頭簧由疊簧改成彈簧，且借鑒ZN12的合閘緩沖限位器，把它加到與VS1分閘油緩器相接觸的主軸拐臂的滾輪在合位時(shí)的上方。如果可行的話，超行程再加大點(diǎn)就更理想了。以上建議僅供有興趣的專家和學(xué)者參考。

Use and Analysis of Medium Voltage Vacuum Circuit Breakers

Zhang Guangming

Considering the large-quantity and wide-application characteristics of 12 kV vacuum switch,the study researches selectively the field test result detected by power sector and makes comparative analysis.

12 kV vacuum switch;vacuum circuit breakers;mechanical properties

TM561.1

B

1000-4866（2011）03-0037-02

張廣明，女，1963年出生，現(xiàn)在大同煤礦集團(tuán)公司化工廠工作，助理工程師。

2011-04-22

2011-05-05