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4不良机械特性对断路器和电力系统的影响
断路器分合闸三相同期差是断路器机械特性参数其中一项很重要的技术参数,要求不同期程度越小越好。断路器分合闸不同期,将造成线路及设备非全相接入或切除,在一定时间内造成两相或一相运行,产生不平衡的零序电压和零序电流,引起过电压危及设备绝缘或影响保护装置工作,对断路器触头也会造成烧伤甚至引起断路器爆炸[2]。
三相分合闸不同期产生的原因主要是三相分闸时间或合闸时间不一致造成的。例如在合闸时,合闸慢的一相,合闸用时最长,动触头与静触头间还会产生推斥力,电弧不能尽快熄灭,将造成动静触头烧损,如果严重不同期,后接触一相的灭弧室的燃弧时间过度延长,在高温高压的作用下,将会引起断路爆炸。
速度是断路器机械特性的另一个重要技术参数,在合闸和分闸过程中,断路器的各个运动部件分别具有不同的运动速度,其中动触头的运动速度直接关系到电弧的熄灭,故用动触头的运动速度代表断路器的运动速度。
动触头的运动速度是变速的,在合闸或分闸过程中的各个瞬间都有着不同的速度值。
从断路器的电气性能考虑:要控制动触头刚刚分开瞬间的运动速度,使其在短时间内获得较大的触头断开距离,迅速拉长电弧,缩短燃弧时间,从而提高弧道的绝缘强度恢复速度,保证断流容量,减轻触头表面灼伤。同样也要控制动触头刚刚闭合瞬间的运动速度,以保证合闸能量,缩短燃弧时间,防止触头表面灼伤或熔接。
从断路器的机械性能考虑:要控制动触头的最大合闸和最大分闸速度,防止运动机构受到过度的机械应力,造成部件损坏或缩短运动机构的使用寿命,同时避免触头产生弹跳现象。因此制造厂及状态检修规程规定了断路器的刚合速度、刚分速度、最大合闸速度、最大分闸速度。
在无电压状态下,只能测量从发出命令(合闸或分闸电路接通)起,到断路器动触头和定触头刚刚接触或刚刚分开为止的一段时间,也就是合闸时间和固有分闸时间,动作时间的长短关系到迅速切除电力系统故障和迅速恢复电力供应,特别是分闸时间还直接影响到断路器的灭弧性能和电力系统的稳定。因此,制造厂及状态检修规程规定了断路器的合闸时间和固有分闸时间。
5 行程 超程 刚合速度 合闸时间之间的关系
断路器的合闸和分闸动作时间与运动速度密切相关,当行程合格,且运动速度符合规定时,动作时间也能够符合规定,但合闸时间符合规定未必刚合速度就能符合规定[3]。
如166开关处理前测试C相合闸时间为67.06ms,符合厂家规定≤90 ms的要求,合闸时间是合格的,但刚合速度却为0.949m/s,不符合厂家技术要求规定的4m/s±0.6m/s范围,动作时间符合规定却不能肯定瞬间运动速度也能符合规定。
在本次166开关处理后测试刚合速度为4.474m/s,符合厂家技术要求规定的4m/s±0.6m/s范围,合闸时间为57.39 ms,也符合厂家规定,这说明运动速度符合规定,动作时间也能够符合规定。
原因分析:做开关特性试验时,有些专业人员认为只做时间这一项就可以了,时间合格,速度就自然合格,这种认识是错误的。所以对于开关特性测试,同期、速度和时间都要测试才能全面鉴定开关的性能和健康状况,才能对开关做出正确的状态评价。建议先测速度后再测时间,以免由于调整速度而重新进行时间测试。
从本次测试反映出来的问题来看,测试的超程数据并不能真实反映开关内部超程的真实情况。当放气后,刚合速度合格了,超程也变为合格了。这是因为超程是通过动触头插入过程中的平均速度与插入时间相乘算出来的,只有当刚合速度合格了,仪器计算出的插入行程才会合格,所以在刚合速度不合格时,测出来的超程是不真实的。
6结语
在2013年的年检预试工作中又一次发现有3台该型号断路器存在该类缺陷,虽经过处理合格,但经过一段时间运行,油管路中又会出现气体,已反映出这类断路器存在严重的家族性隐患,如果在试验周期内因油路中出现气体造成断路器合闸速度显著降低,将会导致燃弧时间过长,触头表面灼伤或熔接,甚至产生断路器爆炸事故。因此我们认为对该型号断路器最好更换为弹簧机构的断路器,如不能够更换,做以下处理:
a)建议在停电检修中应加强对开关速度、时间、同期、行程、超程、弹跳等特性参数的全面测试,并缩短检测周期;b)在每次测试中注意保存波形图和历次测试数据。认真分析断口波形图和行程曲线,从断口波形图上观察分析有无动静触头不对中引起的弹跳现象;从行程曲线图上分析动触头在运动过程中有无卡涩和停顿现象[4]。
参考文献:
[1]中华人民共和国电力行业标准.DL/T393-2010输变电设备状态检修试验规程[S].北京:中国电力出版社,2011.
[2]张四江,曹小龙,张敏强,等.SF_6断路器分合闸时间及三相不同期超标的处理[J]. 电力设备, 2007(02):76-78.
[3]许长林.高压断路器可靠性分析[J].黑龙江电力,1983(04):27-30.
[4]孙方汉.变电所运行调试及故障处理[M].辽宁:辽宁科学技术出版社,2002.
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