柱上真空断路器的选用

5江苏电器(2008No.5)柱上真空断路器的选用舒国标(正泰电气股份有限公司中压成套公司，上海201614)SHUGuo-biaoOn-PostVacuumCircuitBreakerSelectionAbstract:Inordertoenablecustomertoselecton-postvacuumcircuitbreakersfromproductdesign,manufacturinganduseangles,intro-ductionwasmadetosofarasanti-surgefunction,withsingleanddoublesideisolationknife,voltagetransformer(PT)installationmethod,arresterinstallationandlowtemperatureoperationenvironmentetcseveralquestionsforselectionofon-postvacuumcircuitbreakers,sug-gestingcustomerstotakeproductperformanceandpriceaspectsintoconsiderationinselectionofon-postvacuumcircuitbreakers.Keywords:on-post;vacuumcircuitbreaker;select;question（ChintElectricalSharesCo.,LtdMedium-voltageAssembliesCompany,Shanghai201614,China）作者简介：舒国标(1966-)，男，工程师，大专，长期从事中压开关的设计开发工作。0前言近年来，12kV户外柱上断路器作为分布式的保护设备，大量地应用在10kV户外配电系统改造中。与国外不同，我国的户外柱上断路器以真空断路器为主，占领了绝大多数的柱上开关市场。用户对柱上真空断路器的功能要求也不仅仅局限在过流或短路保护方面，在计量、配网自动化等方面也提出了更多的要求。目前国内柱上真空断路器的制造企业较多，相关产品型号多达几十种，产品质量参差不齐。用户在选用柱上真空断路器时，除了要明确产品主要技术参数外，还应关注可能影响产品安全可靠运行的其它因素。为了使用户能更好地选用柱上真空断路器，现从产品的防涌流功能、外带单双侧隔离刀、电压互感器PT安装方式、避雷器安装及低温运行环境等方面作一浅析，探讨选用柱上真空断路器时应注意的几个问题。1防涌流功能的分析防涌流控制器是柱上真空断路器的综合性电流保护装置，接于断路器的二次电流回路，与该断路器的过流脱扣器一起构成一个完整的涌流控制保护系统。控制器保护模式为：涌流延时+过流故障延时+短路故障定时限速断。控制器的功能特点：与控制器配合使用的高压断路器本体电流互感器的二次输出额定电流为5A；过流保护定值一般为5A，合闸涌流、过流故障延时时间40～800ms分段可调，速断定值为(4～6)Ie，速断定时限10～400ms分段可调。控制器与高压断路器的二次接线原理如图1所示。从柱上真空断路器的一次回路中通电流，经测试出现以下现象：在A、B、C三相短路、A、B或B、C二相短路模式下，断路器电流保护动作正常；而在A、C二相短路模式下，断路器不能跳闸。摘要：为了使用户能更好地选用柱上真空断路器，从产品设计、制造及使用的角度，就产品的防涌流功能、外带单双侧隔离刀、电压互感器(PT)安装方式、避雷器安装及低温运行环境等方面介绍了选用柱上真空断路器时应注意的几个问题。建议用户在选用柱上真空断路器时，应从产品的性能及价格两方面加以考虑。关键词：柱上；真空断路器；选用；问题中图分类号：TM561.2文献标识码：B文章编号：1007-3175(2008)05-0035-03柱上真空断路器的选用江苏电器(2008No.5)分析控制器内部电气原理后，发现原设计存在缺陷，防涌流控制器原内部接线示意图如图2所示。分析图2可知：(1)在A、B、C三相短路故障模式下，信号互感器B1和B2分别流过A、C相的二次电流，而电源互感器B3流过A、C相二次电流的合成电流(相当于B相的二次电流)。B1、B2为控制器提供分析、判断的电信号，B3为控制器提供内部工作电源，控制器正常工作，断路器能跳闸。(2)在A、B或B、C二相短路模式下，信号互感器B1流过A相的二次电流，信号互感器B2流过C相的二次电流，而电源互感器B3流过A相或C相的二次电流；控制器正常工作，断路器能跳闸。(3)在A、C二相短路模式下，信号互感器B1、B2流过大小相等、方向相反的电流；电源互感器B3流过A相、C相二次电流的合成电流为零；因此，B3不能为控制器提供内部工作电源，控制器不能正常工作，断路器不能跳闸。针对这一现象，取消了图2中的电源互感器B3改变信号互感器B1和B2的容量，使B1、B2既作为信号互感器，也作为电源互感器；改进了控制器内部电气原理的设计。改进后的防涌流控制器，经测试在任何类型的电流故障情况下，控制器既能获取判断、分析、比较的电流信号，也能取得正常工作所，需要的电源，控制器正常工作；避免了目前市场上其它防涌流控制器的动作缺陷。2外带单、双侧隔离刀的功能部分用户在选用柱上真空断路器时，要求外带单侧隔离刀。隔离刀串接在断路器的进线侧，与断路器本体组成一体；隔离刀与断路器间有可靠的防误机械联锁。柱上真空断路器外带隔离刀有两方面的作用：(1)为断路器提供了可见断口。因为柱上真空断路器分闸后，看不到明显的断开点；断路器的分合闸状态指示，仅依靠操动机构上的分合位置指示器。长期以来，人们已习惯于从开关外部的明显分断点，来判定开关是否处在分闸状态，外带隔离刀可为断路器提供可见断口。(2)提高产品的绝缘安全性。12kV真空灭弧室触头开距大多在10mm左右，这么小的触头开距，一旦灭弧室发生漏气，动静触头间将很难满足绝缘要求。外带隔离刀，提高了产品在分闸状态下的绝缘安全性，减少绝缘事故的发生。较少用户要求柱上真空断路器双侧带隔离刀，此类要求的断路器一般用作配电线路的联络开关。由于外带隔离刀与断路器联体安装，即使双侧隔离刀均处于分闸状态，也不能满足对断路器进行维护的绝缘空间要求，因此双侧隔离刀的作用与单侧隔离刀相同，仅增加可见断口而已。但增加了一侧隔离刀，会使断路器的结构更加复杂，体积重量增大，制造成本增高。另外，断路器外带的隔离刀组件均暴露在大气中，运行环境恶劣，增加了产品运行的故障源。按目前国内真空灭弧室的制造水平，一般情况下不需要外带隔离刀；在线路分支或联络处使用的柱上真空断路器，可外带单侧隔离刀，安装在断路器的进线侧，为断路器提供可见断口。外带双侧隔离刀从电气性能上分析是没有必要的，从产品的运行可靠性和制造成本分析是不利的。3高压PT内置、外置安装方式的选择柱上真空断路器为了实现自动重合闸或配电自动化功能，需要配置提供操作电源、获取线路电压图1单过流脱扣线圈接线图图2防涌流控制器原接线示意图柱上真空断路器的选用江苏电器(2008No.5)信号的电压互感器。通常10kV电压互感器与柱上断路器一起安装，有外置和内置两种安装方式。对于ZW6、ZW8等三相共箱型产品，配套的10kVPT可以采取内置或外置安装方式；而对于ZW32、ZW43等三相极柱型产品，高压PT只能采取外置安装方式。PT内置方式通过加高断路器箱体，把电压互感器放置在断路器的下方，一般选用JDZ-10等户内型电压互感器。PT外置方式通过安装支架，把电压互感器固定在断路器本体的侧面，一般选用BJDZ1-10W3等户外型电压互感器。虽然PT内置和外置安装方式，均能满足柱上真空断路器的使用要求，但在产品的运行可靠性和经济性等方面存在差异。3.1产品的运行可靠性PT内置安装方式，由于PT在真空断路器箱体内部，当高压PT发生烧毁事故时，往往引发真空断路器内部电弧故障，导致整个断路器毁坏，扩大事故范围。另外，三相共箱型柱上真空断路器内置1只JDZ-10电压互感器时，互感器高压侧可以安装PT保护用熔断器；而内置2只JDZ-10电压互感器时，由于受箱体内部空间的限制，互感器高压侧不能安装PT保护用熔断器，因此，产品运行存在较大事故隐患。PT外置安装方式，由于PT在真空断路器箱体外部，即使高压PT发生烧毁事故，对真空断路器也不会造成影响。另外，不论外置1只或2只BJDZ1-10W3电压互感器，互感器高压侧均有PT保护用熔断器，提高产品运行安全性。从提高产品的运行可靠性方面考虑，与柱上真空断路配套的10kV电压互感器，建议用户尽可能的选用外置安装方式。3.2产品的经济性为了满足户外恶劣的运行环境的要求，户外高压电压互感器必须采用浇注式全封闭的结构，并且选用耐电弧、耐紫外线、耐老化、寿命长的绝缘材料，因而价格较高。一般而言，BJDZ1-10W3电压互感器的单价比JDZ-10电压互感器高出近3倍。4避雷器的安装近年来，雷击引起柱上真空断路器烧毁的事故时有发生，并呈上升趋势；特别是城乡电网改造后，电网的质量有了大幅度的提高，雷击引起线路短路或单相接地的事故呈明显下降，而柱上真空断路器由于遭雷击而损坏的事故却有增无减。造成柱上真空断路器频遭雷击的主要原因是断路器没有安装避雷器。随着城乡架空线路的改造，主干线上绝缘子全换为棒式绝缘子，线路的耐压水平大大提高。而对于三相共箱型柱上真空断路器来说，真空灭弧室放在一个金属箱体内，外部为空气复合绝缘。虽然其耐压水平达到了标准规定的要求，但与棒式绝缘子的耐压水平相比较却相差甚远。况且，大部分断路器均安装在主干线上，而主干线一般在主马路边或空旷的田野上，且电杆比分支线高，因而主干线比分支线更易遭雷击，从而使柱上断路器受损。对于多雷电地区及远离变电站的架空线路，为避免柱上真空断路器遭受雷击受损的最直接的方法就是安装避雷器，避雷器安装在断路器直接与线路相连的一侧。这种安装方式的好处是，当断路器分闸时，断路器与线路连接的一侧，仍处于避雷器保护范围内。5低温运行环境对产品性能的影响柱上真空断路器装于户外架空线路上，运行环境恶劣。我国地域辽阔，南北气候温差较大。在北方地区的冬天，室外气温经常低于-10℃，甚至达到-40℃。虽然真空断路器不会出现六氟化硫断路器在低温状态下气体液化的现象，但过低的环境温度将对真空断路器的机械特性产生影响。按GB1984高压交流断路器标准的规定，对用在-10℃以下环境条件的户外断路器应进行低温试验，检测低温环境对断路器机械性能的影响。多次低温试验发现，在-25℃条件下，经低温试验后，真空断路器常用的深沟球轴承由转动灵活变为转动困难；油缓冲器因变压器油凝结，而丧失缓冲作用。在-40℃条件下，经低温试验后，断路器所用的低温2号润滑脂、工业黄油及凡士林产生固化现象，严重影响断路器的机械特性；断路器密封件、缓冲件等橡胶零件，变硬丧失弹性。低温试验表明，在低温环境下没有经过特殊处理的柱上真空断路器，不能保证产品的机械特性。因此，低温地区使用的柱上真空断路器有别于常规的要求，其操动机构及其它所有活动部位的润柱上真空断路器的选用8江苏电器(2008No.5)滑脂必须采用经低温试验能满足产品机械特性要求的特殊润滑脂，禁止使用低温2号、工业黄油及凡士林，断路器的密封件、缓冲橡皮垫等应采用三元乙丙橡胶等耐低温的材料。另外，深沟球轴承及油缓冲器等器件也需经特殊处理。6结语目前柱上真空断路器市场需求旺盛，但市场准入门槛低，生产厂家较多。为了确保电网的运行安全，提高电网的可靠性，建议用户在选用柱上真空断路器时，应从产品的性能及价格两方面加以考虑，不要单纯以价格作为取向标准。性能好价格适中的柱上真空断路器不仅是用户的首选，也是制造厂应该追求的目标。收稿日期：2008-02-29Ψsα、Ψsβ通过笛卡儿坐标到极坐标的K/P变换得到磁链幅值Ψs和相位角θ。补偿系数s＇cmp和磁链幅值Ψs相乘得到磁链反馈信号z的幅值，再经过一次极坐标到笛卡儿坐标的P/K变换，可得到磁链补偿信号zα、zβ。显然，磁链