CN202332692U - 多断口高压真空断路器的动态均压装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种多断口高压真空断路器的动态均压装置，属于高压大容量真空断路器领域，解决多断口串联真空断路器开断过程中的动态均压问题，提高短路电流开断能力，实现多个灭弧室的串联可靠运行。本实用新型采用均压电容、限流电阻、氧化锌避雷器构成多断口串联真空断路器的动态均压组件，均压电容与限流电阻串联，再与氧化锌避雷器并联。通过给每个断口的真空灭弧室并联一套动态均压组件，保证多个真空灭弧室串联运行的可靠开断，实现真空断路器在110kV及以上电压等级的应用。

Description

多断口高压真空断路器的动态均压装置
技术领域
本实用新型属于真空断路器技术领域，尤其涉及一种多断口高压真空断路器的动态均压装置。
背景技术
断路器是电力系统中重要的控制和保护设备，真空和SF6是断路器中广泛使用的两种性能优异的绝缘和灭弧介质。真空断路器具有维护少、适合频繁操作、无爆炸危险、无低温气体液化问题、环境友好等优点，目前在我国电力系统40.5 kV及以下电压等级中得到广泛应用。SF6气体具有优异的热化学性能和极强的负电性，其绝缘和灭弧性能更适合高电压等级的要求，目前在我国72.5~1000 kV电压等级的断路器中占主导地位。然而，SF6气体经电弧高温分解后可产生剧毒的分解物；而且，SF6气体是一种温室效应气体，其地球温暖化系数是CO2的23900倍，而且SF6气体在大气中寿命长达3200年。1997年，日本京都会议《联合国气候变化框架公约京都议定书》明确指出，SF6气体为六种温室效应气体之一，规定从2008年开始限制SF6气体的排放。因此，研究可替代SF6断路器的环保型高压断路器日益紧迫，更高电压等级真空断路器的研究成为国内外高压开关领域的重要研究方向之一。
发展高电压等级真空断路器有两种途径：① 发展高电压等级单断口真空断路器。由于真空间隙的介质强度饱和特性，导致高电压等级单断口真空断路器的发展较为缓慢。20世纪90年代，国外已有额定电压140 kV、分断电流40 kA的单断口真空断路器报道；2010年6月，西安西电高压开关有限责任公司试制开发的ZW□-126/T2000-40型户外高压真空断路器通过了型式试验，但目前尚无工程应用。② 发展多断口真空断路器。多断口串联技术将多个真空短间隙串联，充分利用真空短间隙的优良耐压特性，从而获得更高的耐压性能。20世纪80年代美国和日本已成功开发了额定电压168 kV、分断电流40 kA、灭弧室外部采用SF6绝缘的双断口真空断路器。20世纪90年代我国也研制出额定电压126 kV、分断电流31.5 kA，灭弧室外部采用SF6绝缘的双断口真空断路器样机。2010年国际大电网会议高电压真空开关设备工作组会议上，大连理工大学报道了一种额定电压126 kV，2个灭弧室背靠背“V”型串联结构的真空断路器。综上所述，利用多断口串联技术，开发更高电压等级的高压、超高压、甚至特高压真空断路器成为可能，高电压等级多断口真空断路器已成为当前研究的热点之一。
多断口真空断路器的杂散电容会导致断口电压分配不均匀，不均匀程度与各断口的布置方式密切相关，这将影响灭弧室内部电场分布。而且，多断口真空断路器在开断电流时，各断口燃弧特性的差异会导致弧后残余粒子扩散特性的不同，进而导致弧后等效阻抗不同，最终引起各断口瞬态恢复电压分配不均匀。有研究表明：在双断口和三断口结构真空断路器中，高压端断口承担的电压可达总电压的60%，甚至更高。断口间电压分配不均匀，通常是承担瞬态恢复电压高的断口易发生重燃，进而导致整个多断口断路器的重燃，这对多断口真空断路器的开断极为不利，必须采取合适的均压措施以提高各断口电压分配的均匀性。
均压电容在多断口SF6断路器中已有多年的应用经验。但是，由于真空断路器与SF6断路器在电弧特性和弧后介质强度恢复特性上的显著差异，现有的均压电容应用经验不能直接用于多断口真空断路器。有研究结果表明：双断口真空断路器的开断能力并非随着均压电容值的增大单调增大；当两个断口的燃弧特性存在明显差异时，过大的均压电容可能会对双断口真空断路器的开断能力产生负面影响。分析认为，对多断口真空断路器而言，当有断口发生重燃时，与之并联的均压电容会对其放电，形成一暂态放电电流即重燃电流，均压电容的存在会增大该暂态电流幅值和衰减时间，未重燃断口承担总瞬态恢复电压的时间变长，降低了多断口真空断路器的开断能力。此外，在非同期性导致各断口的动静触头不在同一电流过零点分离时，或有断口发生重燃时，过零前分离断口或未重燃断口将承担总瞬态恢复电压，可能导致重燃；过零后分离断口或重燃断口将面临过高的工频恢复电压，可能对断口外绝缘造成威胁，因此，有必要采取相关措施。
实用新型内容
针对上述多断口高压真空断路器存在的问题，本实用新型提供一种多断口高压真空断路器动态均压装置，解决多个真空灭弧室串联运行时的均压问题，同时提高多断口真空断路器的开断能力，提高其运行可靠性。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为一种多断口高压真空断路器的动态均压装置，所述多断口高压真空断路器的三相中，每相包括2个或以上串联的真空灭弧室；为每个真空灭弧室分别并联设置一套动态均压组件，每套动态均压组件由均压电容支路和氧化锌避雷器构成，均压电容支路与氧化锌避雷器并联；所述均压电容支路包括均压电容和限流电阻，均压电容和限流电阻之间串联。
而且，所述多断口高压真空断路器为三断口126 kV真空断路器或六断口252 kV真空断路器，每相采用40.5 kV真空灭弧室串联构成。
而且，所述多断口高压真空断路器为双断口126 kV真空断路器，每相采用72.5 kV真空灭弧室串联构成。
而且，所述多断口高压真空断路器为双断口252 kV真空断路器或六断口750 kV真空断路器，每相采用126 kV真空灭弧室串联构成。
本实用新型通过给多断口高压真空断路器中串联运行的每个真空灭弧室并联一套由均压电容、限流电阻和氧化锌避雷器构成的动态均压组件，有效解决多个真空灭弧室串联运行的动态均压问题，降低非正常运行工况（严重非同期、有断口重燃等）下整个多断口真空断路器的重燃率，提高其开断性能和可靠性。
附图说明
图1是本实用新型实施例的结构示意图。
具体实施方式
现有技术中的多断口高压真空断路器包含真空灭弧室、电磁或弹簧操动机构、支架，采用多断口串联结构，即ABC三相中，每相都由2个或以上真空灭弧室串联组成。串联用真空灭弧室的额定电压和每相串联个数，根据多断口高压真空断路器的额定电压来选取。本实用新型为多断口高压真空断路器的真空灭弧室提供动态均压装置。
以下结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。
实施例采用一个三断口真空断路器，断路器本体中的任意一相由3个真空灭弧室VI1、VI2、VI3串联构成，如图1所示：每个真空灭弧室VI1、VI2、VI3两端分别并联一套动态均压组件。真空灭弧室VI1两端并联的动态均压组件包括均压电容支路和氧化锌避雷器MOA1，均压电容支路由均压电容CG1与限流电阻R1串联，再与氧化锌避雷器MOA1并联；真空灭弧室VI2两端并联的动态均压组件包括均压电容支路和氧化锌避雷器MOA2，均压电容支路由均压电容CG2与限流电阻R2串联，再与氧化锌避雷器MOA2并联；真空灭弧室VI3两端并联的动态均压组件包括均压电容支路和氧化锌避雷器MOA3，均压电容支路由均压电容CG3与限流电阻R3串联，再与氧化锌避雷器MOA3并联。
均压电容CG1、CG2、CG3起均压作用，提高多断口真空断路器开断过程中电压分布的均匀性，同时兼顾降低各断口瞬态恢复电压上升率的要求，提高多断口真空断路器的开断性能。限流电阻R1、R2、R3起限流作用，在多断口真空断路器的一个或几个断口重燃时，限制重燃电流的幅值，降低重燃电流再次过零时的下降率以免发生再次甚至多次重燃，同时缩短重燃电流再次过零熄弧所需时间，即缩短未重燃断口承担总瞬态恢复电压的时间，提高多断口真空断路器的开断能力。氧化锌避雷器MOA1、MOA2、MOA3起限压作用，正常开断条件下可进一步降低各断口的瞬态恢复电压，并起到强制均压的作用，提高多断口真空断路器的开断能力；在有断口重燃时，氧化锌避雷器MOA1、MOA2、MOA3可降低未重燃断口的瞬态恢复电压幅值，保证多断口真空断路器的可靠开断，同时降低重燃断口的工频恢复电压，保护断口的外绝缘；在非同期性导致各断口的动静触头不在同一电流过零点分离时，氧化锌避雷器MOA1、MOA2、MOA3可降低过零前分离断口的瞬态恢复电压幅值，保证多断口真空断路器的可靠开断，同时降低过零后分离断口的工频恢复电压，保护断口的外绝缘。
相较现有技术中单纯并联均压电容的多断口串联运行方式，均压电容支路串联的限流电阻可限制重燃断口的暂态电流，缩短未重燃断口承担总瞬态恢复电压的时间；并联的氧化锌避雷器不但能限制过高的瞬态与工频恢复电压，还能起到强制均压的作用。本发明的多断口高压真空断路器动态均压组件能够有效降低开断过程中尤其是非正常运行工况（严重非同期、有断口重燃等）下，整个多断口装置的重燃次数，提高串联开断性能与可靠性。
本实施例中，真空灭弧室VI1、VI2、VI3的额定参数为40.5 kV-2500 A-40 kA，均压电容CG1、CG2、CG3电容值为1000 pF，限流电阻R1、R2、R3的电阻值为65 Ω，氧化锌避雷器MOA1、MOA2、MOA3的直流参考电压U 1mA为50 kV。3个真空灭弧室VI1、VI2、VI3构成一个126 kV-2500 A-40 kA三断口真空断路器。
具体实施时，本实用新型提供的动态均压装置可以用于更多型号的多断口高压真空断路器。例如，适用于每相由3个40.5 kV真空灭弧室串联构成的三断口126 kV真空断路器，或每相由6个40.5 kV真空灭弧室串联构成的六断口252 kV真空断路器；适用于每相由2个72.5 kV真空灭弧室串联构成的双断口126 kV真空断路器；适用于每相由2个126 kV真空灭弧室串联构成的双断口252 kV真空断路器，或每相由6个126 kV真空灭弧室串联构成的六断口750 kV真空断路器等。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1. 一种多断口高压真空断路器的动态均压装置，所述多断口高压真空断路器的三相中，每相包括2个或以上串联的真空灭弧室，其特征在于：为每个真空灭弧室分别并联设置一套动态均压组件，每套动态均压组件由均压电容支路和氧化锌避雷器构成，均压电容支路与氧化锌避雷器并联；所述均压电容支路包括均压电容和限流电阻，均压电容和限流电阻之间串联。
2.如权利要求1所述的多断口高压真空断路器的动态均压装置，其特征在于：所述多断口高压真空断路器为三断口126 kV真空断路器或六断口252 kV真空断路器，每相采用40.5 kV真空灭弧室串联构成。
3.如权利要求1所述的多断口高压真空断路器的动态均压装置，其特征在于：所述多断口高压真空断路器为双断口126 kV真空断路器，每相采用72.5 kV真空灭弧室串联构成。
4.如权利要求1所述的多断口高压真空断路器的动态均压装置，其特征在于：所述多断口高压真空断路器为双断口252 kV真空断路器或六断口750 kV真空断路器，每相采用126 kV真空灭弧室串联构成。
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