楊曉衛(wèi) 馬兆鑫 高 楊
(河南省高壓電器研究所有限公司)
接地開關(guān)根據(jù)其所安裝位置要求的不同,分為檢修用接地開關(guān)和故障快速關(guān)合接地開關(guān)兩類。檢修接地開關(guān)是指設(shè)備檢修時,在可能來電的各側(cè)形成明顯的接地點。主要有母線接地開關(guān),進(jìn)線、出線的接地開關(guān)。故障快速接地開關(guān)具有關(guān)合短路電流及開合感應(yīng)電流的能力,一般裝設(shè)在線路出線隔離開關(guān)的線路側(cè),并與相關(guān)的隔離開關(guān)、斷路器有電氣聯(lián)鎖。
故障快速接地開關(guān)具有兩大作用,一是開斷平行架空線路因靜電感應(yīng)產(chǎn)生的電容電流和電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電感電流。二是當(dāng)外殼內(nèi)部絕緣子出現(xiàn)爬電或外殼內(nèi)部燃弧時,快速接地開關(guān)將導(dǎo)電主回路快速接地,通過斷路器來切除故障電流。國家標(biāo)準(zhǔn)要求通過接地開關(guān)感應(yīng)電流開合試驗和接地開關(guān)短路關(guān)合試驗來分別進(jìn)行這兩種性能的考核。
接地開關(guān)感應(yīng)電流開合能力分為A類和B類。A類用于耦合弱或比較短的平行線路;B類用于耦合強(qiáng)或比較長的平行線路。這些都已經(jīng)有成熟的結(jié)構(gòu),一般制造廠都有自己的技術(shù)能滿足要求。但是隨著電網(wǎng)的擴(kuò)展,對接地開關(guān)感應(yīng)電流開合能力有了更高的要求,提出超B類的參數(shù)要求,對電磁感應(yīng)的開合電流提高到300A甚至500A,對靜電感應(yīng)的電流提高到25A,這些參數(shù)原有的結(jié)構(gòu)已不能滿足要求,在實際應(yīng)用和試驗中出現(xiàn)無法有效開斷的情況。圖1為單分有效開斷的電壓電流波形圖,圖2為單分不能有效開斷時的電壓電流波形圖。
圖1 單分有效開斷波形圖
圖2 單分開斷失敗波形圖
圖1 顯示接地開關(guān)在開斷過程中,電弧在隨著開斷距離的增加減小并最終熄滅,使主帶電回路和地之間完全恢復(fù)到正常的電壓;圖2顯示在接地開關(guān)整個開斷過程中,電弧一直燃燒,直到由斷路器切斷電源。
接地開關(guān)感應(yīng)電流開合試驗可以通過合分進(jìn)行試驗,圖3為合分有效開斷的電壓電流波形圖,圖4為合分不能有效開斷時的電壓電流波形圖。
圖3 合分有效開斷波形圖
圖3 顯示接地開關(guān)在合閘后開關(guān)斷口電壓消失,電流正常,接著分閘,燃弧時間較短,很快工頻恢復(fù)電壓建立,電流消失,說明接地開關(guān)在開合過程中,各種性能滿足要求;圖4顯示接地開關(guān)在合閘時正常,在分閘過程中始終存在燃弧,不能有效地建立恢復(fù)電壓,直到由斷路器切斷電源。
圖4 合分開斷失敗波形圖
接地開關(guān)感應(yīng)電流開合能力的提高主要從以下四方面:第一,合理的觸頭結(jié)構(gòu)避免在關(guān)合過程中發(fā)生融焊,分合閘過程中都會發(fā)生燃弧,長時多次的燃弧會將動靜觸頭燒蝕融焊后使其不能分離;第二,合適的分合閘速度,速度越快,相對單位時間內(nèi)斷口距離越大,燃弧也越容易熄滅;第三,足夠的斷口距離,當(dāng)斷口距離足夠大時,燃弧隨著距離的增大,單位面積電離絕緣介質(zhì)的能量就越小,電弧也就隨著距離增大越容易熄滅;第四,絕緣介質(zhì),優(yōu)良的絕緣介質(zhì)能阻礙自身被電離,同時又能很快恢復(fù)自身的絕緣性能,促其電弧熄滅。圖1試品斷口距離為700mm,分閘速度為0.16m/s,燃弧時間為3s,空氣絕緣。圖3試品斷口距離為55mm,分閘速度為2.5m/s,燃弧時間為0.2s,六氟化硫氣體絕緣。兩個圖能明顯看出燃弧時間的差異,雖然都有效開斷感應(yīng)電流,但開斷性能的優(yōu)劣也是很明顯的。第一條是結(jié)構(gòu)性問題,綜合考慮通流能力,將動靜觸頭的線接觸改為多點接觸,將瓣形觸頭薄片化或者提高觸頭材質(zhì)的熔點等都能有效防止融焊。其余三條只要滿足兩條就能有效地開合感應(yīng)電流。當(dāng)然,接地開關(guān)作為一個元件,還需要考慮其他的性能以及空間布局,不可能將某一方面無限放大。
接地開關(guān)作為一種重要的保護(hù)裝置,檢修保護(hù)功能只要求能可靠接地就行,對分合閘過程沒有要求,可以手動操作,只要能有效分合閘到位就行。線路保護(hù)功能由于有預(yù)擊穿和燃弧,需要考慮分合閘過程對自身的破壞,一般選用彈簧機(jī)構(gòu),利用快速接地開關(guān)的關(guān)合作用,來消除淺供電流,再快速地開斷接地開關(guān),以確保線路自動重合閘能成功。