新型126kV真空断路器研制动态.docVIP

摘 要 国外近20多年来生产的72.5kV~145kV高电压等级真空灭弧室极大多数均采用玻璃作为真空灭 弧室外壳，分析其主要原因是受到市场需要量的限制。采用陶瓷外壳必需满足一定批量的生产条件后才能大大降低制造成本和发挥陶瓷外壳真空灭弧室的优点。近几年来，由于发展大批量生产的条件已成熟，世界各国已准备制造用陶瓷作为高压真空灭弧室的外壳。本文将介绍用陶瓷作为高压真空灭弧室外壳结构与设计，供读者们参考。 　　关键词 陶瓷外壳真空灭弧室 玻璃外壳真空灭弧室 　　1 概述 　　五年前西安交通大学参照国外的模式设计出玻璃外壳的126kV真空灭弧室，并将此设计提供给浙江温岭紫光电器有限公司和陕西宝光真空电器股份有限公司，并已试制成样管(如图1所示)。不久，西安西开高压电器股份有限公司和浙江日升电器有限公司已投入进行126kV真空断路器的试制(如图2所示)。此外，浙江温岭紫光电器有限公司亦作了126kV真空断路器的试制。 图1 用玻璃作外壳的126kV真空灭弧室 　　1、静端波纹管 2、静导电棒 3、玻璃外壳 4、主屏蔽罩 5、动导电棒 6、动端波纹管 7、玻璃外壳 8、下端盖屏蔽罩 9、上端盖屏蔽罩 10、静触头 11、动触头 图2 带有散热器的126kV真空断路器 　　1、上散热器 2、下散热器 3、装有真空灭弧室的瓷套 　　4、瓷套绝缘的支柱 5、操动机构 6、控制箱 　　7、钢支柱 8、钢底座 　　2 用陶瓷外壳制成的真空断路器结构 　　西安交通大学电气工程学院真空电弧理论研究和产品开发中心已初步设计出一种带有陶瓷外壳作为真空灭弧室的外壳，并兼作126kV真空断路器支柱的结构，如图3所示。图中陶瓷外壳9由特殊配方的高强度氧化铝陶瓷材料制成。静端波纹管2和缓冲压簧1的用途是当真空断路器在合闸时能起到对静导电棒的缓冲作用，以防止过大的合闸冲击力使整个真空灭弧室遭致漏气。整个真空灭弧室主体由上部真空灭弧室及外瓷套作为支柱，其高度为1000mm，真空灭弧室的下部为主导电筒13，超行程弹簧12和导向套14组成由下陶瓷外壳11作为支柱，其高度为400mm，这样它们的总高度为1000+400=1400mm。电源由上接线端子7引入，由下接线端子6输出。 图3 用陶瓷外壳作外绝缘组成的126kV真空灭弧室结构 　　1、缓冲压簧 2、静端波纹管 3、动、静触头 4、动端波纹管 5、缓冲簧弹 6、下接线端 7、上接线端 8、静导电杆 9、陶瓷外壳 10、动导电杆 11、陶瓷外壳 　　12、超行程弹簧 13、主导电筒 14、导向套 　　126kV真空断路器的分闸和合闸是由操动机构来完成的。一般采用弹簧操动机构或永磁操动机构两种形式。弹簧操动机构是参照如图4的特性曲线来完成其短路电流分闸的要求，并且“CO”的特性曲线应与“C”和“O”相同，当在额定短路电流时的特性曲线应与空载情况相同。图5所示为开断额定短路电流下的典型参考示波图。 　　关于采用永磁操动机构时，其主要目的是要求永磁操动机构能使126kV真空断路器在分合闸时能达到同步操作的要求。那未如何来实现这个同步操作的目 图4 126kV弹簧操作机构的特性曲线 图5 开断额定电流40kA下的典型参考示波图 　　Uc—电源电压波形 Ih—TRV波形 Iss—额定短路电流波形 　　标呢?根据设计计算得出了下列结论，即①在进行126kV真空断路器分闸40kA的额定短路电流时，永磁操动机构能使每相真空灭弧室的动触头分闸速度应在此电流过零前的0.5ms(500μs)时刻时，其速度应达到大于3.5m/s±0.2的要求。这样，在此电流过零时，就能顺利开断此短路电流，而不会被TRV恢复电压击穿。②同样，在真空断路器合闸时，触头的合闸速度应在触头闭合前0.5ms(500μs)时达到3.5m/s±0.2的要求，这样才能在合闸过程中避免触头间产生过电压和冲击电流的现象。 　　3 126kV真空断路器设计的基本内容 　　(1)真空灭弧室纵向磁场触头的设计 　　根据初步分析和估算，对高电压等级的真空灭弧室触头宜采用线圈式结构较为合适，并取其直径为100mm，从计算表明取单匝线圈产生纵向磁场(AMF)较为合适。触头表面部位可开有4条槽口来抑制涡流电流。触头之间的开距长度为60mm，真空灭弧室的静导电棒的直径取φ60，用来适当降低回路的电阻损耗，而动导电棒的直径取φ40，为了降低运动的惯性。 　　图6所示为单匝线圈式纵向磁场电极的结构，从这个展开图中可以看到，电流由上导电杆1流入，进入上单匝线图，(单匝线圈具体结构见图7)，然后达到上触头3，通过上触头片3和下触头片4空隙间的电弧后，从下触头片4接通下单匝线圈5到下导电杆6流出，由上所述的单匝线圈2和下单匝线圈5共同产生的纵向磁场的作用来满足开断电流的要求。 　　图7所示为单匝线圈具体结构