六氟化硫（SF6）断路器讲座：第四讲 自能式SF6断路器

六氟化硫（SF6）断路器讲座：第四讲 自能式SF6断路器 六氟化硫(SF6)断路器讲座:第四讲 自能 式SF6断路器 . 一 . 六氟化硫(SF)断路器讲座 第四讲自能式SF断路器 华东电业管理局. 璺 压气式SF断路器在超高压电网中广泛使用的运 行情况表明.与少油断路器牛f1此.生容量开断次数明显 增加.维修工作大大减少.即使绝缘故障亦不会发生 火灾问题,而少油断路器价格虽低.但易发生火灾.且 维修频繁.故在人口密集的太中城市中开发中压SF 开关设备被推上议事日程. 压气式SF断路器灭孤室中的气吹压力由操作机 构产生.研制过程中发现,随着开断容量的提高.需求 的操作功基本上与开断电流的增加成正比-与系统电 压的高低影响不太,这就要求中压断路器的操动机构 做成与高压断路器相仿.这样不但制造成率高昂.而且 在空问布置上亦无法为中压电网所接受,此问题成为 发展中压SF断路器的一大困难.设计工程师为了减 低操作功.使采用弹簧操动机构成为可能,在设计构思 上叉转向利用电孤自身能量来消灭电弧的原理.因而 相继开发出各种自能式S中压断路器在开断容量 相间时.其操作功仅为压气式结构设计的20,30 现已开发成功的自能式S断路器,其应用电弧能量 的方式有两种,一是设置电磁线圈将灭弧室设计成旋 弧式;另一种是利用电弧能加热气体增加压力原理 设计成熟膨胀式灭弧室. l旋弧式SF.断路器 同I是旋弧式SF断路器的单扳灭弧原理恩磁 吹线圈…2?的一端与静触子l”联接.另一端与圆筒电 楹I1,联接断路器台闸时,动魅杆”(有斜线刚影部 分)与静触子直接短接,醢吹线圈开路,负荷电流从断 路器上部引线端经端盖导电部分流向静触子.再经动 触杆至下部引线端.电流不经过圆筒电扳.磷吹线圈内 无电流流过.不产生磁力线.分闸时.动触杆下降到不 带驯的空白部位,动静触子问产生电孤…3.当动触 杆端部在下降时穿过”圃筒电挺的上部圆孔时.静衄盟 子上的弧根赦转移到圆筒电报-磁吹线圈教串接在动 触杆与静触子之间.随着动触杆的继续下移.电弧3” 在动触杆的端部与圆筒电授的内壁之间燃烧由于故 障电流已通过电磁线圈,产生丁轴向磁力线…6?.其方 向与电孤电漉的途径鞠垂直.电弧在轴向磁场的作用 下形成径向快速转动.电弧的两端部位置在快速旋转 中不断变更位置,其电动力F与短路电流大小及磁通 密度有关.而B则随磁吹线圈的安匝而变化.当线 圈的匝数一定时.就成为电流的函数 I 圈】旋弧式瓶原理罔 l——静触于;2一碰吹线圈:3一一电弧; {.——动触于导电杵;5——圆筒电扳{ 6——磁力姨}7——电诚;8一电动力. 为了拽出对电流熄无起决定影响的与F.日车 安川电机工厂做了这样的试验.使磁吹线圈产生的磁 通密度与开断电流i之问相角可任意调正.当日= 0时.尽管峰值电流时醴通密度.很大.能使电孤高 速运动.但当电流过零时的磁通密度且接近于零.开 断性能很差.当=30,60时.尽管其电流峰值时的 磁通密度B.比=0o时的.小.但由于电流过零甜的 且较大-其极限扦断电流比0=9o时增大一个数量级. 由此可见影响开断性能的主要因索是电流过零时的磁 通密度而不是峰值电流时的-.为了使电流过零时 得到较高的磁通密度鼠就在电砬线圈内壁加装r一 个圆筒形电授.它相当于一个短路线圈.位于磁吹线圈 断产生的交变醯场中.因而产生丁电漉!与磁吹线圈 的磁动势,?形成台成磁动势.当一45时. 最大.对电弧的熄灭最为有种.试验结果表明.圆筒电 1998年第1期供用电 授的内径)是影响开断电流楹限值的因素之一,因为 电孤熄灭前.在导电杆与圆筒电极问不停地运动,电弧 放出的能量聚集在导电杆与圆筒电极之间的空间内, 使恢处的气体温度升高.如果此空间体积较小.而开断 电流又较大时,气体温度太高将影响电流过零时的去 游离功能.使电弧无法熄灭 灭弧室内的SF充气压力,对开断电流极限值亦 产生影响,如提高额定充气压力值能提高灭弧室的开 断容量. 旋弧式S断路器在10,35kV中压电网中得到 广泛的应用.能提供商品的制造商很多:法国MG公司 FGI型断路器;日本安,Il电机的OGR一6M型断路君}}. 瑞士ABB公司的HB型(用于10,35配电同)及HE 型(用于发电机机端)等SF断路器.其开断故障电流 的能力主要依靠磁吹线圈.HB及HE型还设计了辅助 压气活塞.以开断小负荷电流(如线路或变压器充电电 流.或根小的负荷电漉).因此时.电流数值要与额定开 断短路电流之问相差2个数量级,其电弧能量很小.其 气魄效果很弱,设置了辅助压气活塞后,它随导电杆一 起穆动.使压气产生的气流吹向导电杆端部的弧根区 域.使电流过零时熄弧. 2热膨胀气自吹式SF.断路器 图2是瑞士ABB公司生产的H型SF断路器 的剖面凰.它的灭弧室设计.完全采用电弧能量加热气 体增加压力的热膨胀原理;有一个用环氧树脂浇制成 的矩形三相外壳”11.外壳的另一端是特铝盖12”,这 个铝盖同时为主要机构部件.使断路器能安装在手车 上或支槊上,操动机掏?l5”亦固定在此特铝盖上.操动 机构通过带有旋转密封的操动轴”l31,和操动拐臂”14 同绝缘杆10相联 环氧外壳l1”丹隔成三个圆柱形隔仓,它们朝向 铸铝盖方向开启.每个圆柱形确仓形成一辛扫灭弧室 “8”.灭弧室内有绝缘喷嘴”7”及静桩子j等组成一相 触头的装配组台.由于用于通过主电流回路的两片刀 形触片3”和并联的动弧触头6”组成.它们分别经各 自的绝缘拉杆l0与操作拐臂”?”柏联,这就使触头 系统在机械上和导电功能上互相分开.就可按各种负 荷电流及开断电流的要求各自对部件进行筛选优化. 断路器的工作原理是:合闸时导电路径由出绒端”【?.一 主静触于2”一主动触于3一另一出线端1,电流在 灭弧室8”外部流通{丹闸时.操动机构驱动拐臂作反 时针方向转动.地缘拉杆性动触妥”3与静触头”2”分 幽2HA型断路器剖面 1--引出线端子;2一静主触头:3一动主触头 {一导电回路{5一静孤触}s一动弧触头; 7一绝缘喷嘻{8一灭弧室}9一排气区; 10一绝缘拉杆}11一环氧浇注外壳(三柑){ 12一铝铸盖}13带有转琦密封蹰的操作轴} 14一摊动拱竹:15一弹簧操动帆构 离.全部电潍转移到灭弧室8”内部仍处于接通位置的 一 对弧触于上,继而绝缘拉杆将动弧触头拉开时.在灭 弧室内产生电弧.其能量即传给周围气体.使灭弧室内 SF气体升高,与排气区9”之间l形成一个压力差.动弧 触于拉出喷1:3后.灭弧室内高压气体涌向喷1:3形成纵 吹气漉使电弧熄灭.因此灭弧室内部气压的高低决定 了喷1:3的气流速度.开断大电流时电弧能量大,气吹压 力黜之增大.保证了大电流的成功开断.灭弧室8”及 三相同排气区的充气压力是500kPa(绝对压力.2O C).HA型断路器的额定电流是630A及1250A两 档;而开断电流刚随额定电压而异.7.2kV时为20 kA,l2kV时为16kA,24kV时为l2.5kA. 9O年代初.ABB公司推出利用热膨胀原理设计的 发电机机端断路器HGF型,额定电流可达5000A及 63o0A两档,开断电流为50kA及63kA.但额定电压 仅为】7.5kV一个电压等级. 自能式灭弧室设计.在中压电网的开关设备中应 用得租成功,但在高电压等级领域内,尚未见到完全采 用自能式设计的产品报导.一般均是设置辅助压气活 塞以开断小电流(如空熏,空线,空缆等充电电流).仅 在升断故障电流时克盼利用其电弧能量加热灭弧室内 气体以增加喷1:3上游气压,以减少操作功.国外称此种 L殳计为(AutO—Pur)结构.按此设计的产品有瑞典 ABB公司LTB型断路器,德国AEG萤司的sI型断路 器.法国阿尔斯通公司的HGF型.它们的灭弧室结构 均属此类型. 56供用电1998年第1期 图3是此种结构灭弧室的工作原理示意图图3一l 是断路器处于合闸位置.图3—2是分断小电流+图3-3 是分断故障电流.此种结构与一般的变开距压气式灭 弧室结构的差异在于,灭弧室气室分隔成.及v{两 部分.在分闸过程中.v气室的窖积是不变的,气室 的作用与一般压气式灭弧室完全相似.其压气罩与压 气活塞作相对运动,分闸开始后客积不断缩小.其内部 的SF气压不断增加v.与之间设置了Jii5扳式阀门 “l”.在合闸位置时V.与v气压相同一隔板式阀门”l” 由其自身的重力下垂于5jj告状态,分闸开始后.气 室由于体积缩小SF.气压开高.与之压差使隔板 式阀-】向上推开,气流流人.,使内的气压上升.当 动弧触子离开绝缘喷口后.内的气体流出喷口,吹 熄小电流电弧+其熄弧过程与变开距灭弧室的灭弧原 理完全相同. 哪3-l3-23-3 圈3Au【0一Pufief结构弧腻理 1隔撮式闽门;8--压力释放阀. 开断故障电漉时.由于电弧能量大.其热能使. 气室内的SF气压迅速上开.当v的气压太小的 气压时,阀”l被关闭,气室内的SF气体不能流人 霹器肆备||鹋勰{辑霹E (上接第53页) V?气室+但此时断路尚处在分闸过程中.的体积仍 继续缩小.其气压还在增长.当大于压力释放阀”2的 整定值时+阀门?2”开放.的气体向断路器的额定 SF压力区空间排放.以解除拉杆向下运动时的阻力+ 使分闸过程能运动到终止位置:其v.内的高压气体在 动弧触子离开绝缘喷口后,并不立即流径喷口形成气 吹,需待弧拄对喷口的阻塞效应碱弱.即待电弧拄的直 径小于喷口的直径时.弧拄与喷口问的问隙才能使气 流流出.此时电弧电流处于自峰值至零的下降过程中, 弧柱直径愈来愈小,气隙不断增大,气流愈来禽强.直 至电弧流过零时教吹熄. 以瑞典ABB的LTB断路器为例.其额定开断电 流为40kA,额定负荷电流为3150A.两者相差l0倍, 而工作时的负荷电流一般仅300A,400A.又差一个 数量级+此时开断其弧拄能量释放根小.且弧柱很细. 无法将绝缘喷口堵塞使能量在气室内积聚,故不 能形成有效的气吹压力,只得依靠气室内的气体受 压缩才能使小电流畋熄,当开断电流大干10kA时,liIi 板式阀门”l”被关闭,此后坎熄电弧的能量完垒来源于 电弧自身.故其操作功仅为开断容量相问的压气式灭 弧室的2O,使得采用BIK型弹簧操动机构成为可 能.从开断太电流角度看”AutorP~ffer”结构,亦能算作 自能式SF断路器. “Auto—Puffer”结构在l10kV电压级的断路器内 应用十分成功,已淅渐向高电压等级的断路器推广.如 阿尔斯通公司的FXT”F型的220kV断路器,亦采用了 这种灭弧室设计. 收穑口斯:1997年l1月26日 孙晾华东电业管理局 上海市南京东路801号200002 |撰担{g爨爨羁鹕零辑?拉零揖爨霹爨零零{ 在相同的负序和零序电流不平衡率(一En)下,其 所造成的损耗比为=U-(3-26) “R 即零序的损耗为负序的k倍般电网中,零序 电流在正常运行条件下被抑村在很小的水平.所以零 序电流所造成的损失常可忽略.此时式(3-24)可写 为—1+,i(3-27) 显然.三相电漉越不平衡,则造成的损耗越大 收稿日期:1997年9月9目 林海雪电力科学研究院 北京清河100085 . (3-22) 由式(3—22)可知.负荷不平衡时输电线所消耗的有功 功率为 ?一3I(1+,一)R(3—23) 因此.如输电线三相参数完全对称.在理想的电源 条件下.在不平衡和平衡电流下运行的有功损耗比为 „一-|l(3-24) 负序和零序不平衡对损耗的影响可用下式表达 赢(3—25)