摘 要：本文闡述了采用真空斷路器改造老式開關(guān)柜內(nèi)的少油斷路器，節(jié)約投資，技術(shù)可行，為今后變電站開關(guān)柜技術(shù)改造提供了高性能價格比的開關(guān)柜改造方案。
關(guān)鍵字：開關(guān)柜改造 操作過電壓 改造實踐
1. 概述
我國10kV（6kV）供配電網(wǎng)中仍有少油斷路器在運行，隨著科學(xué)技術(shù)的進步及用戶對供電可靠性提出更高的要求，這部分開關(guān)柜均面臨著技術(shù)改造。其改造方案可分為兩類;一是開關(guān)柜的整體更新;二是保留開關(guān)柜的柜體，僅對內(nèi)部電氣設(shè)備進行更新?lián)Q代。第一種方案其投資大、改造工作量大、停電時間長，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、停電時間短等優(yōu)點而被廣泛采用。
因真空斷路器具有使用壽命長、可頻繁操作、開斷能力強、結(jié)構(gòu)簡單、維護工作量少等優(yōu)點，在對少油開關(guān)柜改造中應(yīng)作為首選開關(guān)。對各變電站的少油開關(guān)進行分期實施技術(shù)改造，以實現(xiàn)變電站的無油化。采用真空斷路器整體替代原由的少油開關(guān)，均采取保留柜體的技術(shù)改造方案，并對柜內(nèi)其他電氣設(shè)備根據(jù)其技術(shù)性能及投資情況，進行相應(yīng)的產(chǎn)品換代和技術(shù)升級，同時對變電站的開關(guān)柜柜體進行整體整理和噴漆，以提高10kV（6kV）開關(guān)柜內(nèi)部電氣設(shè)備技術(shù)水平，也使開關(guān)柜外觀也煥然一新。即節(jié)約了技術(shù)改造費用，又減少因改造停電影響生產(chǎn)的時間，是今后開關(guān)柜實施技術(shù)改造應(yīng)推廣的實用技術(shù)方案。
2. 真空斷路器特點
真空斷路器在開斷電流時，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，以致在電流過零后極短的時間內(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：
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由于真空中耐壓強度高，觸頭之間距離大大縮短，相應(yīng)的動作行程也短的多，動導(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)特點使其具有，熄弧時間短、弧壓低、電弧能量小、觸頭損耗小，開斷次數(shù)多。
④操作機構(gòu)小且重量輕，控制功率小，沒有火災(zāi)和爆炸危險，故安全可靠。
⑤觸頭密封在真空中，不會因受潮氣、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，待故障排除后，無需檢修真空斷路器即可投入運行。
上述特點在保證生產(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）中競爭能力最強的開關(guān)。至今我國已有幾十家生產(chǎn)真空斷路器的專業(yè)廠，部分專業(yè)廠引進國外專利技術(shù)及生產(chǎn)線，使我國真空斷路器制造技術(shù)向國際先進水平及標準化發(fā)展，部分產(chǎn)品已達到國際水準。
3. 真空斷路器操作過電壓抑制
真空斷路器的創(chuàng)操作過電壓直接威脅著電氣設(shè)備的安全運行，必須采取相應(yīng)的對策抑制真空斷路器的操作過電壓。結(jié)合萊鋼十幾年來真空斷路器的應(yīng)用實踐，筆者認為抑制真空斷路器的操作過電壓問題，應(yīng)從兩個方面開展工作;一是真空斷路器的設(shè)計選型，因我國生產(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，有引進國外專利技術(shù)生產(chǎn)的，也有引進國外生產(chǎn)線生產(chǎn)的，也有和國外公司合作生產(chǎn)的。所以在真空斷路器的設(shè)計選型中，應(yīng)結(jié)合我國真空斷路器生產(chǎn)行業(yè)這一實際狀況，應(yīng)首選技術(shù)裝備先進，檢測手段完善的生產(chǎn)企業(yè)，選用的產(chǎn)品系列應(yīng)是具有多年實際運行實踐的主導(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)生截流過電壓。其二是必須同步設(shè)計操作過電壓吸收裝置，我國目前廣泛采用的過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。在對老式開關(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，維護工作量小。
氧化鋅壓敏電阻具有抑制過電壓能力強、殘壓低、對浪涌響應(yīng)快、具有伏安特性對稱，在任何波形的正負極性浪涌電壓均能充分吸收，并具有通流容量大，放電后無續(xù)流等優(yōu)點，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)過高溫燒結(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（低電場強度）境界面呈高阻狀態(tài)，只有小的泄露電流流過，而在高電壓（高電場強度）時境界面電阻率會突然下降，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標稱電壓;其標稱電壓應(yīng)大于使用回路中的最大工頻電壓的幅值（Umax），且應(yīng)考慮標稱電壓允許下降10%的因素，其計算公式為：
②殘壓UIA;氧化鋅壓敏電阻的殘壓值應(yīng)低于負載的試驗電壓，通流容量一般應(yīng)選擇大于或等于100A，故殘壓值計算公式為：
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與標稱電壓U1mA的比值，即;
m=UIA/ U1mA
式中：m值越小抑制過電壓能力越強。
氧化鋅壓敏電阻沒有工放特性，只有U1mA（標稱電壓）特性，日本將其ZS系列氧化鋅壓敏電阻的U1mA值算為動作起始電壓。U1mA特性是氧化鋅壓敏電阻通過1mA直流電流時，壓敏電阻兩端所加的直流電壓。氧化鋅壓敏電阻的一個重要的技術(shù)指標殘壓（UIA），是壓敏電阻在高電壓峰值作用下，流過放電流值為I時所測得的壓敏電阻兩端的電壓。其殘壓UIA與標稱電壓U1mA之比稱為殘壓比m，其值越小，其抑制過電壓能力越強。氧化鋅壓敏電阻的另一個性能指標是通流容量iT，氧化鋅壓敏電阻以標準電流波形（10/20μs），間隔時間5分鐘沖擊2次，標稱電壓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電壓，以上三個技術(shù)性能指標是極其重要的，只有參數(shù)選取適當，才能有效的抑制真空短路器的操作過電壓。
4.開關(guān)柜改造實踐
4.1. GG-1A開關(guān)柜的改造。在對GG-1A系列高壓開關(guān)柜的改造中，因該系列開關(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，該開關(guān)的外形尺寸為840mm×790mm×427mm。針對開關(guān)的額定電流及開斷電流和外形尺寸，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)對真空滅弧室作一分鐘工頻耐壓試驗，以檢查其真空度，耐壓值為工頻42kV，在試驗中允許有個別非連續(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構(gòu)的連桿，用手動緩慢分合閘幾次，若無卡滯，即可用電動機構(gòu)分合閘。因ZN5型真空斷路器本身配有專門為其設(shè)計的電磁機構(gòu)，無配合不當之慮，并且機構(gòu)容易調(diào)整。
4.2. GFC-3A柜改造。對GFC-3A系列開關(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，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），推動手車時沒有前傾后傾的情況。斷路器的低位布置還有利于實現(xiàn)防誤操作的機械和電氣聯(lián)鎖的安裝，同時使手動分合閘位置避開手車壓把大軸，使手動分合閘都十分方便。改造后在保留原有的機械聯(lián)鎖，還增加了電氣聯(lián)鎖，在壓把大軸右下部放置限位開關(guān)，只要壓把移動6mm，開關(guān)就電動分閘（總行程26mm），以防止帶負荷推入和拉出手車。用于抑制操作過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. 真空斷路器的運行維護
5.1. 定期測量斷路器的超行程;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載電流或故障電流過程中，觸頭不斷磨損，從而超行程不斷減少，因此，必須定期對斷路器的超行程進行測量，對不符合要求的要及時調(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斷2000次或開斷短路電流兩次及新投入運行3個月，應(yīng)進行一次超行程測量。
5.2 定期檢測滅弧室的真空度。真空斷路器滅弧室的真空度直接影響到斷路器的開斷能力。一般滅弧室真空度應(yīng)每開斷2000次或每年進行一次檢測。檢測方法為在真空斷路器動靜觸頭在正常開距下（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)無異常現(xiàn)象。
5.3 滅弧室更換條件。對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到或超出規(guī)定值。
5.3.2 滅弧室真空度已達不到標準的要求值。
5.3.3 其機械操作壽命已達到規(guī)定值，真空斷路器滅弧室的更換，應(yīng)嚴格執(zhí)行制造廠的具體技術(shù)標準和相關(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、見效快，改造期間停電時間短等優(yōu)點，該項技術(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。
