油斷路器

油斷路器

油斷路器,以密封的絕緣油作為開斷故障的滅弧介質的一種開關設備,有多油斷路器和少油斷路器兩種形式;它較早套用於電力系統中,技術已經十分成熟,價格比較便宜,廣泛套用於各個電壓等級的電網中,油斷路器用來切斷和接通電源,並在短路時能迅速可靠地切斷電流的 一種高壓開關設備。油斷路器中通常採用的是礦物油(如變壓器油),它具有較高的介質強度和較強的熄滅電弧的能力。因油不斷被分解使產生的氣體量增加,氣泡的體積膨脹,推動油層迅速向四周運動,但因受到箱壁及氣泡上面油層慣性的阻礙,膨脹受到限制,從而使氣泡中的壓力維持在 0.5~1MPa之間。油斷路器滅弧室中吹弧形式主要有4種(見圖)。

注意事項

各種油斷路器各種油斷路器

油斷路器的爆炸燃燒原因有以下幾個方面:

(1)油麵過低 油斷路器觸點至油麵的油層過薄,油受電弧作用而分解的可燃氣體冷卻不良,這部分可燃氣體進入頂蓋下面的空間而與空氣混合,形成爆炸性氣體,在自身的高溫下就有可能爆炸燃燒。

(2)油箱內的油麵過高 析出的氣體在油箱內得不到空間緩衝,形成過高的壓力,也可能引起油箱爆炸起火。

(3)油的絕緣強度劣化 雜質或水分過多,引起油斷路器內部閃絡。

(4)操作機構調整不當 部件失靈,會使操作時動作緩慢或合閘後接觸不良。當電弧不能及時被切斷和熄滅時,在油箱內產生過多的可燃氣體,便可能引起爆炸和燃燒。

油斷路器油斷路器

(5)遮斷容量小 油開關的遮斷容量對輸配電系統來說是個很重要的參數。當遮斷容量小於系統的短路容量時,斷路器無能力切斷系統強大的短路電流,致使斷路器燃燒爆炸,造成輸配電系統的重大事故。

(6)其他 油斷路器的進、出線都通過絕緣套管,當絕緣套管與油箱蓋、油箱蓋與油箱體密封不嚴時,油箱進水受潮,或油箱不潔,絕緣套管有機械損傷都可造成對地短路引起爆炸或火災事故。

因此,斷路器在安裝前應嚴格檢查,是否符合製造廠的技術要求。斷路器的遮斷容量必須大於裝設該斷路器迴路的短路容量。檢修時,應進行操作試驗,保證機件靈活可靠,並且調整好三相動作的同期性。斷路器與電氣迴路的連線要緊密,並可用試溫蠟片觀察溫度,觸頭損壞應調換。檢修完畢應進行絕緣測試,並有專人負責清點工具,以防工具掉入油箱內發生事故。投入運行前,還應檢查絕緣套管和油箱蓋的密封性能,以防油箱進水受潮,造成斷路器爆炸燃燒。斷路器切斷嚴重短路故障後,即應進行檢查觸點損壞情況和油質情況。

在運行時應經常檢查油麵高度,油麵必須嚴格控制在油位指示器範圍之內。發現異常,如漏油、滲油、有不正常聲音等時,應採取措施,必要時須立即降低負載或停電檢修。當故障跳閘重複合閘不良,而且電流變化很大,斷路器噴油有瓦斯氣味時,必須停止運行,嚴禁強行送電,以免發生爆炸。

正文

觸頭在油介質中閉合和斷開的一種斷路器。最早在1895年就已製成了這種斷路器。1930年以前,用油作為滅弧介質來提高斷路器的開斷能力是最有成效的方法。油斷路器中通常採用的是礦物油(如變壓器油),它具有較高的介質強度和較強的熄滅電弧的能力。

熄弧原理油斷路器的熄弧原理是:當觸頭在油中分斷電流時,將在油中產生電弧。在油中燃熾的電弧,使其周圍的油被加熱,並使其分解。電弧的能量大約有25~30%用於油的分解,從而產生大量的氣體,在電弧周圍形成氣泡。氣泡中氫氣占70~80%,其餘的氣體為乙炔、甲烷等。氫氣具有很高的導熱率,電弧經熱傳導而冷卻。因油不斷被分解使產生的氣體量增加,氣泡的體積膨脹,推動油層迅速向四周運動,但因受到箱壁及氣泡上面油層慣性的阻礙,膨脹受到限制,從而使氣泡中的壓力維持在 0.5~1MPa之間。高壓力使電弧中游離質點的濃度增加,自由行程減小,增強了複合作用。氣泡內由於溫度和壓力差而產生劇烈的擾動,加強了弧柱的冷卻。隨著觸頭間距的增加,電弧被拉長,在某一次電流過零後,電弧被熄滅而不再重燃。電弧熄滅後,高溫的油氣排出箱外,觸頭間隙將重新被油所充滿,保證了觸頭間的絕緣強度。因這種分斷裝置依靠電弧自身能量所分解的氣體來熄滅電弧,故稱作自能式滅弧。

油中簡單分斷裝置尚不能滿足現代電網分斷大電流的要求。因此,現代油斷路器都裝有滅弧室,使之形成氣吹型的油中電弧。氣吹型油中電弧已不僅是利用氫氣的良好熱傳導性使其冷卻,而主要是利用氫氣電漿的等熵冷卻使其熄滅。

滅弧室由絕緣材料製成並裝設在觸頭周圍,用以限制電弧、並產生高速氣流對電弧進行強烈氣吹而使電弧熄滅。按照產生氣吹的能源,滅弧室可以分為3類。①自能氣吹式滅弧室:利用電弧自身的能量使油分解出氣體,提高滅弧室中的壓力,當吹弧口打開時,由於滅弧室內外的壓力差而在吹弧口產生高速油氣流,對電弧進行氣吹而使之熄滅。②外能氣吹式滅弧室:利用外界能量(通常是由油斷路器合閘過程中被貯能的彈簧提供)在分斷過程中推動活塞,提高滅弧室的壓力驅動油氣吹弧而熄滅電弧。也有稱此為強迫油吹式滅弧室。③綜合式滅弧室:它綜合了自能吹弧和外能吹弧的優點,利用電弧自身的能量來熄滅大電流電弧,利用外界能量來熄滅小電流電弧,並可改善分斷特性。這種滅弧室結構稍複雜,但分斷性能好。超高壓少油斷路器中大多數採用這種滅弧室。

油斷路器油斷路器

油斷路器滅弧室中吹弧形式主要有4種(見圖)。①縱吹:油氣沿電弧軸線方向吹過電弧表面。②橫吹:油氣垂直於電弧軸線方向吹弧。③縱橫吹:既利用橫吹又利用縱吹的複合吹弧形式。④環吹:油氣從四周垂直於電弧軸線方向吹弧。按照主要吹弧形式可將油斷路器的滅弧室分別稱為縱吹滅弧室、橫吹滅弧室、縱橫吹滅弧室和環吹滅弧室等。

分類油斷路器按對地絕緣介質的不同,可分為接地箱殼多油斷路器(簡稱多油斷路器)和帶電箱殼少油斷路器(簡稱少油斷路器)兩種。

①多油斷路器:其滅弧室裝在一個接地金屬箱中,通常用油量較多,油既用作滅弧介質又用作對地絕緣。多油斷路器結構簡單,性能可靠,可以製成超高壓等級(如362kV),並可方便地帶電流互感器,配套性強,戶外使用時受大氣條件的影響小。多油斷路器的使用歷史悠久,使用和製造技術成熟,曾在電力系統中起過重要作用。但多油斷路器也有很多的缺點,特別是在超高壓等級時,體積龐大,消耗大量的鋼材和變壓器油,運輸和安裝均有較大困難,引起爆炸和火災的危險性大。所以多油斷路器已趨於淘汰。

②少油斷路器:其滅弧室裝在與大地絕緣的油箱中。油箱既可用金屬做成,也可以用絕緣材料製成。油僅作為滅弧介質和斷口間絕緣用,而不作對地絕緣用,用油量少。

少油斷路器主要由底架、絕緣子、傳動系統、導電系統、觸頭、滅弧室、油氣分離器、緩衝器及油麵指示器等部分組成。合閘時,操動機構通過傳動拐臂連桿(見開關機構),把力傳到主軸,主軸帶動3根絕緣拉桿使三極動觸桿向上作直線運動,最後插入靜觸頭中,操動機構扣住觸桿,使斷路器保持在閉合位置。在這一過程中,開斷彈簧拉伸貯能,為分閘作準備。分閘是當操作機構脫扣時,由於開斷彈簧力的作用,使主軸轉動帶動拉桿,從而使動觸桿向下運動。最後因開斷彈簧的預拉力作用,主軸拐臂緊靠在分閘定位件上,從而使斷路器保持在斷開的位置上。

110kV 及以上電壓等級的戶外式少油斷路器多採用開斷電弧的單元斷口(或稱開斷單元)串聯、積木式組合的落地式總體結構。標準開斷單元的電壓為55~110kV。例如sw6型少油斷路器,開斷單元為55kV,屬於這一系列的220kV和330kV的少油斷路器將取雙柱四斷口和三柱六斷口的結構,每極由四個和六個開斷單元串聯而成,各斷口上均並聯電容器以均勻開斷時斷口的電壓分布;每極各用一個單獨的液壓操動機構操作。SW7-220型220kV少油斷路器,因開斷單元為110kV,所以每極取單柱雙斷口的結構。

少油斷路器的突出特點是結構簡單,易於製造和維修、價格低、使用方便。與多油斷路器相比,少油斷路器體積小、重量輕、用油量少,能採用積木式組裝成超高壓少油斷路器,並在電力系統中被廣泛套用。其缺點是燃弧時間長,動作較慢,檢修周期短,維修工作量大,受單元斷口的電壓限制,發展特高壓等級有困難等。

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