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油斷路器的基本介紹

知識百科

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;它較早應用于電力系統中 ， 技術已經十分成熟 ， 價格比較便宜 ， 廣泛應用于各個電壓等級的電網中 ， 油斷路器用來切斷和接通電源 ， 并在短路時能迅速可靠地切斷電流的 一種高壓開關設備 。
 
簡介
觸頭在油介質中閉合和斷開的一種斷路器 。 最早在1895年就已制成了這種斷路器 。 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 。 油斷路器中通常采用的是礦物油(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 。
 
工作原理
當油斷路器開斷電路時 ， 只要電路中的電流超過0.1A ， 電壓超過幾十伏 ， 在斷路器的動觸頭和靜觸頭之間就會出現電弧 ， 而且電流可以通過電弧繼續流通 ， 只有當觸頭之間分開足夠的距離時 ， 電弧熄滅后電路才斷開 。 10kV少油斷路器開斷20KA時的電弧功率 ， 可達一萬千瓦以上 ， 斷路器觸頭之間產生的電弧弧柱溫度可達六七千度 ， 甚至超過1萬度 。
 
作用
多油和少油斷路器都要充油 ， 其作用是滅弧 ， 散熱和絕緣 。 它的危險性不僅是在發生故障時可能引起爆炸 ， 而且爆炸后由于油斷路器內的高溫油發生噴濺 ， 形成大面積的燃燒 ， 引起相間短路或對地短路 ， 破壞電力系統的正常運行 ， 使事故擴大 ， 甚至造成嚴重的人身傷亡事故 。
 
電弧熄滅過程:
當斷路器的動觸頭和靜觸頭互相分離的時候產生電弧 ， 電弧高溫使其附近的絕緣油蒸發氣化和發生熱分解 ， 形成滅弧能力很強的氣體(主要是氫氣)和壓力較高的氣泡 ， 使電弧很快熄滅 。
 
油斷路器的爆炸燃燒原因有以下幾個方面:
(1)油面過低 油斷路器觸點至油面的油層過薄 ， 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)油箱內的油面過高 析出的氣體在油箱內得不到空間緩沖 ， 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后接觸不良 。 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 。
(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 。 當遮斷容量小于系統的短路容量時 ， 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 ， 是否符合制造廠的技術要求 。 斷路器的遮斷容量必須大于裝設該斷路器回路的短路容量 。 檢修時 ， 應進行操作試驗 ， 保證機件靈活可靠 ， 并且調整好三相動作的同期性 。 斷路器與電氣回路的連接要緊密 ， 并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 ， 并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后 ， 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面高度 ， 油面必須嚴格控制在油位指示器范圍之內 。 發現異常 ， 如漏油、滲油、有不正常聲音等時 ， 應采取措施 ， 必要時須立即降低負載或停電檢修 。 當故障跳閘重復合閘不良 ， 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 。
 
滅弧室
由絕緣材料制成并裝設在觸頭周圍 ， 用以限制電弧、并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 ， 由于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 ， 并可改善分斷特性 。 這種滅弧室結構稍復雜 ， 但分斷性能好 。 超高壓少油斷路器中大多數采用這種滅弧室 。

油斷路器的基本介紹

文章插圖

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:油氣垂直于電弧軸線方向吹弧 。 ③縱橫吹:既利用橫吹又利用縱吹的復合吹弧形式 。 ④環吹:油氣從四周垂直于電弧軸線方向吹弧 。 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 。
 
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,可以制成超高壓等級(如362kV) ， 并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 ， 使用和制造技術成熟 ， 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于淘汰 。
 
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 ， 也可以用絕緣材料制成 。 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、緩沖器及油面指示器等部分組成 。 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 ， 最后插入靜觸頭中 ， 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 ， 由于開斷彈簧力的作用 ， 使主軸轉動帶動拉桿 ， 從而使動觸桿向下運動 。 最后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采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,屬于這一系列的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 ， 各斷口上均并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 ， 易于制造和維修、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 ， 能采用積木式組裝成超高壓少油斷路器 ， 并在電力系統中被廣泛應用 。 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 。
【油斷路器的基本介紹】