摘 要：本文闡述了采用真空斷路器改造老式開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的少油斷路器，節(jié)約投資，技術(shù)可行，為今后變電站開(kāi)關(guān)柜技術(shù)改造提供了高性能價(jià)格比的開(kāi)關(guān)柜改造方案。
關(guān)鍵字：開(kāi)關(guān)柜改造 操作過(guò)電壓 改造實(shí)踐
1. 概述
我國(guó)10kV（6kV）供配電網(wǎng)中仍有少油斷路器在運(yùn)行，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及用戶對(duì)供電可靠性提出更高的要求，這部分開(kāi)關(guān)柜均面臨著技術(shù)改造。其改造方案可分為兩類;一是開(kāi)關(guān)柜的整體更新;二是保留開(kāi)關(guān)柜的柜體，僅對(duì)內(nèi)部電氣設(shè)備進(jìn)行更新?lián)Q代。第一種方案其投資大、改造工作量大、停電時(shí)間長(zhǎng)，比較適合變電站的異地改造。而第二種方案具有投資少、改造工作量小、停電時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。
因真空斷路器具有使用壽命長(zhǎng)、可頻繁操作、開(kāi)斷能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)工作量少等優(yōu)點(diǎn)，在對(duì)少油開(kāi)關(guān)柜改造中應(yīng)作為首選開(kāi)關(guān)。對(duì)各變電站的少油開(kāi)關(guān)進(jìn)行分期實(shí)施技術(shù)改造，以實(shí)現(xiàn)變電站的無(wú)油化。采用真空斷路器整體替代原由的少油開(kāi)關(guān)，均采取保留柜體的技術(shù)改造方案，并對(duì)柜內(nèi)其他電氣設(shè)備根據(jù)其技術(shù)性能及投資情況，進(jìn)行相應(yīng)的產(chǎn)品換代和技術(shù)升級(jí)，同時(shí)對(duì)變電站的開(kāi)關(guān)柜柜體進(jìn)行整體整理和噴漆，以提高10kV（6kV）開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部電氣設(shè)備技術(shù)水平，也使開(kāi)關(guān)柜外觀也煥然一新。即節(jié)約了技術(shù)改造費(fèi)用，又減少因改造停電影響生產(chǎn)的時(shí)間，是今后開(kāi)關(guān)柜實(shí)施技術(shù)改造應(yīng)推廣的實(shí)用技術(shù)方案。
2. 真空斷路器特點(diǎn)
真空斷路器在開(kāi)斷電流時(shí)，兩觸頭間就要產(chǎn)生電弧，電弧的溫度很高，能使觸頭材料蒸發(fā)，在兩觸頭間形成很多金屬蒸汽。由于觸頭周圍是“真空”的，只有很少氣體分子，所以金屬蒸汽很快就跑向圍在觸頭周圍的屏蔽罩上，以致在電流過(guò)零后極短的時(shí)間內(nèi)（幾微秒）觸頭間隙就恢復(fù)了原有的高“真空”狀態(tài)。因此真空斷路器的滅弧能力要比少油斷路器優(yōu)越得多。故真空斷路器具有如下特點(diǎn)：
①在真空中熄弧，電弧和熾熱氣體不外露，不飛濺到其它物體上。
②由于真空中耐壓強(qiáng)度高，觸頭之間距離大大縮短，相應(yīng)的動(dòng)作行程也短的多，動(dòng)導(dǎo)桿的慣性小，適用于頻繁操作。
③由于真空斷路器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其具有，熄弧時(shí)間短、弧壓低、電弧能量小、觸頭損耗小，開(kāi)斷次數(shù)多。
④操作機(jī)構(gòu)小且重量輕，控制功率小，沒(méi)有火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)，故安全可靠。
⑤觸頭密封在真空中，不會(huì)因受潮氣、灰塵及有害氣體等影響而降低其技術(shù)性能。
⑥真空斷路器在遮斷短路電流時(shí)，待故障排除后，無(wú)需檢修真空斷路器即可投入運(yùn)行。
上述特點(diǎn)在保證生產(chǎn)的連續(xù)性，提高作業(yè)率及安全可靠等方面，是其它斷路器所不能比的，所以真空斷路器成為中壓領(lǐng)域（6kV～10kV）中競(jìng)爭(zhēng)能力最強(qiáng)的開(kāi)關(guān)。至今我國(guó)已有幾十家生產(chǎn)真空斷路器的專業(yè)廠，部分專業(yè)廠引進(jìn)國(guó)外專利技術(shù)及生產(chǎn)線，使我國(guó)真空斷路器制造技術(shù)向國(guó)際先進(jìn)水平及標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，部分產(chǎn)品已達(dá)到國(guó)際水準(zhǔn)。
3. 真空斷路器操作過(guò)電壓抑制
真空斷路器的創(chuàng)操作過(guò)電壓直接威脅著電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，必須采取相應(yīng)的對(duì)策抑制真空斷路器的操作過(guò)電壓。結(jié)合萊鋼十幾年來(lái)真空斷路器的應(yīng)用實(shí)踐，筆者認(rèn)為抑制真空斷路器的操作過(guò)電壓?jiǎn)栴}，應(yīng)從兩個(gè)方面開(kāi)展工作;一是真空斷路器的設(shè)計(jì)選型，因我國(guó)生產(chǎn)真空斷路器的企業(yè)有幾十家，即使是同一系列的產(chǎn)品也有多家生產(chǎn)，各生產(chǎn)廠的技術(shù)裝備水平各異，有引進(jìn)國(guó)外專利技術(shù)生產(chǎn)的，也有引進(jìn)國(guó)外生產(chǎn)線生產(chǎn)的，也有和國(guó)外公司合作生產(chǎn)的。所以在真空斷路器的設(shè)計(jì)選型中，應(yīng)結(jié)合我國(guó)真空斷路器生產(chǎn)行業(yè)這一實(shí)際狀況，應(yīng)首選技術(shù)裝備先進(jìn)，檢測(cè)手段完善的生產(chǎn)企業(yè)，選用的產(chǎn)品系列應(yīng)是具有多年實(shí)際運(yùn)行實(shí)踐的主導(dǎo)產(chǎn)品。以致使所選用的產(chǎn)品具有低的截流值，以減少操作中產(chǎn)生截流過(guò)電壓。其二是必須同步設(shè)計(jì)操作過(guò)電壓吸收裝置，我國(guó)目前廣泛采用的過(guò)電壓吸收裝置可分為兩類，即 RC（電阻、電容器組合式）和氧化鋅壓敏電阻兩種形式。在對(duì)老式開(kāi)關(guān)柜改造中應(yīng)首選氧化鋅壓敏電阻方式，因此方式體積小、便于安裝，維護(hù)工作量小。
氧化鋅壓敏電阻具有抑制過(guò)電壓能力強(qiáng)、殘壓低、對(duì)浪涌響應(yīng)快、具有伏安特性對(duì)稱，在任何波形的正負(fù)極性浪涌電壓均能充分吸收，并具有通流容量大，放電后無(wú)續(xù)流等優(yōu)點(diǎn)，且其體積小便于安裝而得到廣泛的用于抑制真空短路器的操作過(guò)電壓。
氧化鋅壓敏電阻是以氧化鋅為主體，與微量的氧化鉍、氧化銻、氧化鈷、氧化錳等經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)制成的多晶體陶瓷非線性元件，氧化鋅晶體是低阻（1～10Ω/cm）的N型半導(dǎo)體，境界層是高阻（1010Ω/cm）的P型半導(dǎo)體，在正常電壓下（低電場(chǎng)強(qiáng)度）境界面呈高阻狀態(tài)，只有小的泄露電流流過(guò)，而在高電壓（高電場(chǎng)強(qiáng)度）時(shí)境界面電阻率會(huì)突然下降，呈低阻狀態(tài)，并具有雙向穩(wěn)壓管的伏安特性。氧化鋅壓敏電阻的參數(shù)選擇如下：
①標(biāo)稱電壓;其標(biāo)稱電壓應(yīng)大于使用回路中的最大工頻電壓的幅值（Umax），且應(yīng)考慮標(biāo)稱電壓允許下降10%的因素，其計(jì)算公式為：
②殘壓UIA;氧化鋅壓敏電阻的殘壓值應(yīng)低于負(fù)載的試驗(yàn)電壓，通流容量一般應(yīng)選擇大于或等于100A，故殘壓值計(jì)算公式為：
式中：K1為沖擊系數(shù)，取K1=1.1;K2為壓敏電阻老化系數(shù)，取K2=1.05;Ue為負(fù)載額定工作電壓。
③殘壓比;氧化鋅壓敏電阻的殘壓比m，為殘壓UIA與標(biāo)稱電壓U1mA的比值，即;
m=UIA/ U1mA
式中：m值越小抑制過(guò)電壓能力越強(qiáng)。
氧化鋅壓敏電阻沒(méi)有工放特性，只有U1mA（標(biāo)稱電壓）特性，日本將其ZS系列氧化鋅壓敏電阻的U1mA值算為動(dòng)作起始電壓。U1mA特性是氧化鋅壓敏電阻通過(guò)1mA直流電流時(shí)，壓敏電阻兩端所加的直流電壓。氧化鋅壓敏電阻的一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)殘壓（UIA），是壓敏電阻在高電壓峰值作用下，流過(guò)放電流值為I時(shí)所測(cè)得的壓敏電阻兩端的電壓。其殘壓UIA與標(biāo)稱電壓U1mA之比稱為殘壓比m，其值越小，其抑制過(guò)電壓能力越強(qiáng)。氧化鋅壓敏電阻的另一個(gè)性能指標(biāo)是通流容量iT，氧化鋅壓敏電阻以標(biāo)準(zhǔn)電流波形（10/20μs），間隔時(shí)間5分鐘沖擊2次，標(biāo)稱電壓U1mA值下降小于10%的最大沖擊電流幅值，成為其通流流量。氧化鋅壓敏電阻用于抑制真空短路器操作過(guò)電壓，以上三個(gè)技術(shù)性能指標(biāo)是極其重要的，只有參數(shù)選取適當(dāng)，才能有效的抑制真空短路器的操作過(guò)電壓。
4.開(kāi)關(guān)柜改造實(shí)踐
4.1. GG-1A開(kāi)關(guān)柜的改造。在對(duì)GG-1A系列高壓開(kāi)關(guān)柜的改造中，因該系列開(kāi)關(guān)柜的外形尺寸為1200mm×1200mm×2280mm, 其采用的少油斷路器大多為SN10-10/1000-31.5系列，該開(kāi)關(guān)的外形尺寸為840mm×790mm×427mm。針對(duì)開(kāi)關(guān)的額定電流及開(kāi)斷電流和外形尺寸，可選用ZN5-10/1250-31.5系列真空斷路器整體替換，該斷路器的外形尺寸為906mm×635mm×430mm。因兩開(kāi)關(guān)的外形尺寸和安裝尺寸有差異，故在原柜體距柜底1200mm處焊兩根50mm×50mm×5mm角鋼，以作為安裝真空斷路器的支架。在真空斷路器安裝前，應(yīng)對(duì)真空滅弧室作一分鐘工頻耐壓試驗(yàn)，以檢查其真空度，耐壓值為工頻42kV，在試驗(yàn)中允許有個(gè)別非連續(xù)的焊光與火星出現(xiàn)。因該系列真空斷路器底部靠滾輪處有四塊安裝彎板，可借助底架下四塊彎板進(jìn)行安裝，彎板底部需用套墊墊平，在擰緊螺栓。
因少油斷路器和真空斷路器的引線位置不同，故需重新制作斷路器至上刀閘的硬母線和斷路器至電流互感器的硬母線。調(diào)整斷路器的與操作機(jī)構(gòu)的連桿，用手動(dòng)緩慢分合閘幾次，若無(wú)卡滯，即可用電動(dòng)機(jī)構(gòu)分合閘。因ZN5型真空斷路器本身配有專門為其設(shè)計(jì)的電磁機(jī)構(gòu)，無(wú)配合不當(dāng)之慮，并且機(jī)構(gòu)容易調(diào)整。
4.2. GFC-3A柜改造。對(duì)GFC-3A系列開(kāi)關(guān)柜的改造采用只改造手車的方案，為保證柜體的一次、二次插頭位置不動(dòng)，故將真空斷路器置于距手車底部238mm的角鋼上，這樣既保證了真空斷路器上下連接母線的對(duì)地安全距離，又保證手車的良好的穩(wěn)定性（重心位置較低），推動(dòng)手車時(shí)沒(méi)有前傾后傾的情況。斷路器的低位布置還有利于實(shí)現(xiàn)防誤操作的機(jī)械和電氣聯(lián)鎖的安裝，同時(shí)使手動(dòng)分合閘位置避開(kāi)手車壓把大軸，使手動(dòng)分合閘都十分方便。改造后在保留原有的機(jī)械聯(lián)鎖，還增加了電氣聯(lián)鎖，在壓把大軸右下部放置限位開(kāi)關(guān)，只要壓把移動(dòng)6mm，開(kāi)關(guān)就電動(dòng)分閘（總行程26mm），以防止帶負(fù)荷推入和拉出手車。用于抑制操作過(guò)電壓的氧化鋅壓敏電阻安裝于柜體互感器室下部，在互感器室內(nèi)增設(shè)一根角鋼支架，用于安裝氧化鋅壓敏電阻，用軟連接與互感器下端連接，氧化鋅壓敏電阻下端要可靠接地。
5. 真空斷路器的運(yùn)行維護(hù)
5.1. 定期測(cè)量斷路器的超行程;真空斷路器的超行程與少油斷路器的超行程的概念有所不同，少油斷路器的超行程為動(dòng)觸頭插入靜觸頭的深度，而真空斷路器的超行程為分合閘絕緣拉桿一端觸頭彈簧被壓縮的距離，這個(gè)距離要保持在要求的范圍內(nèi)，觸頭間就有足夠的壓力，就可以保證觸頭接觸良好。真空斷路器的超行程一般為4mm（+0.5、-1;不同型號(hào)的斷路器有差異），觸頭允許磨損厚度一般為2～3mm。真空斷路器在分合負(fù)載電流或故障電流過(guò)程中，觸頭不斷磨損，從而超行程不斷減少，因此，必須定期對(duì)斷路器的超行程進(jìn)行測(cè)量，對(duì)不符合要求的要及時(shí)調(diào)整，以保證觸頭間有足夠第二壓力，以保證其接觸良好。一般真空斷路器每開(kāi)斷2000次或開(kāi)斷短路電流兩次及新投入運(yùn)行3個(gè)月，應(yīng)進(jìn)行一次超行程測(cè)量。
5.2 定期檢測(cè)滅弧室的真空度。真空斷路器滅弧室的真空度直接影響到斷路器的開(kāi)斷能力。一般滅弧室真空度應(yīng)每開(kāi)斷2000次或每年進(jìn)行一次檢測(cè)。檢測(cè)方法為在真空斷路器動(dòng)靜觸頭在正常開(kāi)距下（13mm），兩觸頭間以不大于12kV/s的速率升加工頻電壓至42KV，穩(wěn)定一分鐘后應(yīng)無(wú)異常現(xiàn)象。
5.3 滅弧室更換條件。對(duì)使用壽命已到或有異常現(xiàn)象的滅弧室必須更換，其更換的條件一般為：
5.3.1 真空斷路器的觸頭磨損已達(dá)到或超出規(guī)定值。
5.3.2 滅弧室真空度已達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的要求值。
5.3.3 其機(jī)械操作壽命已達(dá)到規(guī)定值，真空斷路器滅弧室的更換，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行制造廠的具體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)的技術(shù)要求。
6. 結(jié)論
采用真空斷路器改造老系列的開(kāi)關(guān)柜的少油斷路器，其技術(shù)是成熟可行的，并具有投資少、見(jiàn)效快，改造期間停電時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，該項(xiàng)技術(shù)值得在城網(wǎng)和企業(yè)電網(wǎng)的技術(shù)改造中推廣應(yīng)用。
