550kV單斷口斷路器的滅弧室的製作方法

2023-12-11 19:33:52

專利名稱：550kV單斷口斷路器的滅弧室的製作方法
技術領域：
本實用新型用於550kV電壓等級電力系統的控制和保護，更具體地說涉及的是戶外型落地罐式550kV單斷口斷路器的滅弧室。
背景技術：
高壓斷路器在電力系統中起控制與保護作用。高壓SF6斷路器自六十年代就用於輸變電系統中，由於其具有體積小、可靠性高、維修周就期長等優點，尤其是它在超高壓線路中表現出的良好絕緣、開斷特性，所以現今的70～500kV超高壓輸變電系統中的開關設備一般均採用SF6斷路器。隨著輸變電線路電壓等級的提高，對SF6斷路器的開發研究也提出了越來越高的要求，如提高單斷口的開斷能力，增加產品運行的可靠性、降低製造成本等。在電力系統中有兩種威脅系統安全運行的過電壓一種是雷電衝擊過電壓，該電壓決定著高壓斷路器絕緣設計的基本絕緣水平(BIL)；另一種是斷路器操作引起的操作過電壓，操作過電壓是一個嚴重的問題，因為斷路器本身應保護電力系統設備不受故障的影響，但其動作又引起威脅電力系統絕緣的過電壓。現代高壓斷路器發展的趨勢是高電壓、大容量和小型化。在我國，550kV電壓等級SF6高壓斷路器的研發和製造技術已經歷了從4個斷口到現在普遍使用的2個斷口的發展過程，但其仍然存在體積大，佔地面積大，結構複雜的問題。

發明內容
本實用新型的目的是提供一種550kV單斷口斷路器的滅弧室，它結構簡單，體積小，使斷路器佔地面積小，產品運行的可靠性高。
本實用新型的技術方案是設計一種550kV單斷口斷路器的滅弧室，其特徵是它的靜觸頭機構1和動觸頭機構3構成的斷口間並聯有電容器4，在傳動機構架5內部的傳動機構6與開斷單元的動觸頭機構3連接，傳動機構架5通過絕緣支持筒7固定在動側法蘭10上，傳動機構6經絕緣拉杆8與操作杆9相連，操作杆9與操動滅弧室單元13的動觸頭機構3傳動連接；靜觸頭機構1由靜弧觸頭26、靜主觸頭25和排氣筒29連接構成，動觸頭機構3由噴口12、動弧觸頭27、動主觸頭28和壓氣缸30連接構成，靜觸頭機構1和動觸頭機構3則通過支持絕緣筒2連結構成一體式結構；滅弧室內的絕緣拉杆部件在整體布置上採用了偏心設計。
所述的絕緣拉杆部件的偏心設計，即在支持絕緣筒7上連接有傳動機構架5，傳動機構架5內有一個偏心拐臂11，絕緣拉杆8一頭與偏心拐臂11連接，另一頭與操作機構31連接。
所述的滅弧室的靜弧觸頭26直徑是φ30mm-φ33mm。
所述的滅弧室的噴口喉徑尺寸是φ38mm-φ41mm，噴口喉部長度是40mm-44mm。
所述的並聯電容器4，電容器4的值在1800pF-2200pF之間。
所述的滅弧室的噴口材質是含有微量氮化硼的聚四氟乙烯F4+BN，其中微量氮化硼的聚四氟乙烯F4+BN比例在5％-7％範圍內。
本實用新型的有益效果是，由於本實用新型設計的滅弧室內的絕緣拉杆部件在整體布置上採用了偏心設計，滅弧室零部件較雙斷口斷路器減少一半左右，大大簡化了滅弧室的結構，減少了零部件的數量，它佔地面積小，提高了產品可靠性，同時也降低了生產成本。它對噴口形狀、電極形狀、行程等滅弧室主要尺寸進行了改進，同時也大幅度提高了分閘速度，從而使絕緣和開斷能力均得以很大提高。
下面結合實施例附圖對本實用新型作進一步說明。


圖1是實施例550kV單斷口斷路器整體結構示意圖。
圖2是實施例滅弧室的結構示意圖。
圖3是圖2的單斷口滅弧室剖視圖。
圖4是實施例行程-時間曲線圖。
圖中1、靜觸頭機構；2、支持絕緣筒；3、動觸頭機構；4、電容器；5、傳動機構架；6、傳動機構；7、支持絕緣筒；8、絕緣拉杆；9、操作杆；10、動側法蘭；11、拐臂；12、噴口；13、滅弧室單元；14、罐體；15、電瓷套管；16、導體；17、梅花觸頭；18、檢修手孔；19、入孔；20、吸附劑裝配；21、蓋板；22、中間觸頭；23、屏蔽罩；24、靜側屏蔽；25、靜主觸頭；26、靜弧觸頭；27、動弧觸頭；28、動主觸頭；29、排氣筒；30、壓氣缸；31、操作機構。
具體實施方式
如圖1所示，圖中每相由一個罐體14和封閉於罐體14內的由支持絕緣筒7支撐於罐體14一端的滅弧室單元13組成。兩個電瓷套管15裝設在罐體14兩端，電瓷套管15內部的導體16分別與滅弧室單元13兩端的梅花觸頭17相連接，將導電迴路引出罐體14。每相斷路器罐體14與電瓷套管15內部充有相同壓力的SF6氣體。在罐體14上還設有兩個檢修手孔18，用於方便地安裝電瓷套管15並對滅弧室單元13進行檢查。在罐體14的一端還設有一個入孔19，用於滅弧室單元13的裝配及更換動弧觸頭27、靜弧觸頭26、噴口12部件。這個入孔19用一個蓋板21進行密封，在蓋板21上還帶有一個吸附劑裝配罩20，用於吸收滅弧室單元13內部的潮氣，使滅弧室單元13的內部保持乾燥。
圖2中，它的滅弧室結構是單斷口一體式結構，即滅弧室單元13是靜觸頭機構1和動觸頭機構3組成單斷口的滅弧室單元，靜觸頭機構1和動觸頭機構3則通過支持絕緣筒2連結構成一體式結構；絕緣拉杆部件的偏心設計，即在支持絕緣筒7上連接有傳動機構架5，傳動機構架5內有一個偏心拐臂11，絕緣拉杆8一頭與偏心拐臂11聯接，另一頭與操作機構31連接。滅弧室單元13裝配在帶有支持絕緣筒2的金屬殼體內。滅弧室單元13的靜觸頭機構1通過支持絕緣筒2支撐在傳動機構架5上，滅弧室單元13的動觸頭機構3固定在傳動機構架5上。傳動機構架5通過絕緣支持筒7固定在動側法蘭10上，傳動機構6經絕緣拉杆8與操作杆9相連，並由操作杆9操動滅弧室單元的動觸頭機構3，實現滅弧室一體式結構。
圖3是單斷口滅弧室剖視圖，如圖3和圖2所示，動觸頭機構3由噴口12、動弧觸頭27、動主觸頭28和壓氣缸30連接構成，靜觸頭機構1由靜弧觸頭26、靜主觸頭25和排氣筒29連接構成。在靜主觸頭25的外圍裝設了靜側屏蔽24，靜側屏蔽24固定在靜主觸頭25上，起均衡靜主觸頭25外部電場的作用。這樣的完整斷口被包圍在支持絕緣筒2內，在開斷過程中，從噴口12噴出的高溫氣體絕大部分流向靜觸頭機構1上的排氣筒29後，可得到有效的冷卻和分流，提高了斷口間的絕緣性能。電容器4並聯在靜觸頭機構1和動觸頭機構3構成的斷口間。在電容器4的外圍還裝設了屏蔽罩23，屏蔽罩23固定在靜觸頭機構1上，起均衡靜觸頭機構1外部電場的作用。傳動機構架5內部的傳動機構6與開斷單元的動觸頭機構3連接。本實用新型採用了獨特偏置設置的絕緣拉杆8與傳動機構架5相連接的設計，把一個斷口間的絕緣耐壓水平提高了將近一倍，採用這種設計可以加大滅弧室開距，克服了原來雙斷口絕緣操作杆沿罐體軸線布置方式所帶來的缺陷。本550kV單斷口斷路器的滅弧室內的絕緣拉杆部件在整體布置上採用了偏心設計，在絕緣支持筒7上增加了傳動機構架5的連接設計，在傳動機構架5內設置一個偏心拐臂11，絕緣拉杆8一頭與偏心拐臂11連接，另一頭與操作杆9連接。特別設計的偏心拐臂11能把絕緣拉杆8的運動行程放大一倍，即動觸頭運動系統的運動行程是絕緣拉杆8的運動行程的2倍。這樣的設計使得它既滿足斷口間必要的運動行程，又不必加大絕緣拉杆8運動行程，從而大大降低了對操作機構過大操作功能的要求。同時也相應地縮小了絕緣支持筒7軸向的結構尺寸，簡化了滅弧室結構。
實施例中的滅弧室為單壓式變熄弧距雙噴口結構，在20℃時內充0.6MPa的SF6氣體。它由靜觸頭機構1和動觸頭機構3、壓氣缸30以及其它部件組成。動觸頭機構3中的噴口12與壓氣缸30連接、動弧觸頭27裝在噴口12內，動主觸頭28與壓氣缸30直接連接。靜觸頭機構1中的靜弧觸頭26裝在靜主觸頭25內。
斷路器在合閘位置時，電流從一側套管15內導體16經排氣筒29→靜主觸頭25→動主觸頭28→壓氣缸30→中間觸指22和傳動機構架5流出另一側套管15內導體16。
斷路器在分閘位置時，絕緣拉杆8帶動壓氣缸30、動主觸頭28、動弧觸頭27和噴口12運動，動主觸頭28和靜主觸頭25分開以後，動弧觸頭27與靜弧觸頭26分離，其間產生電弧。與此同時壓氣室中的SF6氣體壓力已建立起來，強大的氣流衝出噴口熄滅電弧。
為了儘可能降低小電容電流開斷時靜弧觸頭端部的電場強度和降低端子短路開斷時靜弧觸頭端部的磨損，將靜弧觸頭的直徑增加到φ30mm-φ33mm，並將靜弧觸頭端部的曲率改善為R12mm-R14mm。通過電場計算，確定了多段圓弧R14mm-R16mm相切為靜弧觸頭的最佳形狀。提高了滅弧室在進行小電容電流開斷時的性能。這一點也在進行型式試驗時得到了證實。
在正常操作條件下，斷路器處於合閘位置，電流通常流過閉合的觸頭，當斷路器得到分閘信號時其觸頭分離。觸頭分離產生電弧。電弧由周圍是電離氣體的金屬蒸汽組成。多數情況下，電弧在狹窄而有限的空間內形成，這樣電弧就可以被流動的氣體迅速冷卻。
為促使熱氣體從斷口間有效排出，對下遊區排氣筒29的形狀進行了特別設計，即通過充分的電場計算，得出一條R5mm--R50mm連續變化的曲線，構成了目前排氣筒29的形狀。現在排氣筒29的外形具有外表面電場強度小，排出熱氣體通暢的特點，減少了由電弧產生的熱氣體密度下降對絕緣強度的不利影響，並提高了對電弧的冷卻能力。
為增加對電弧的氣吹流速，提高對電弧的冷卻能力以及促進熱氣體從斷口間有效排出，用電弧模型對開斷現象進行了解析，確定了當壓氣缸30的直徑在φ167mm-φ175mm範圍內時，在同一噴口形狀及操作力的前提下，可使得壓氣室壓力上升最大，對電弧的氣吹速度最高，提高了短路開斷性能。
為改善斷路器近區故障的開斷條件，在滅弧室斷口間並聯了2000pF的電容器4，它安裝在支持絕緣筒2的外圍。該電容器4的存在，一方面使單斷口斷路器的滅弧室必須承受的陡度相當大的鋸齒形恢復電壓波形在初期變得平緩一些，另一方面也使得斷口間的電場分布變得更加均勻一些。
SF6斷路器的核心部分是滅弧室，在它內部由滅弧介質SF6氣體完成對開斷高電壓、大電流時產生的電弧的熄滅。改進噴口的形狀，針對單斷口斷路器的滅弧室斷口間開距的增大，相應地加長了噴口長度，同時為提高弧觸頭附近的氣體密度，研究了不同喉徑尺寸對氣體密度的影響。得出了合理的噴口喉徑尺寸應該在φ38mm～φ41mm，噴口喉部長度是40mm-44mm範圍內。同時對噴口材質的耐燒蝕性、耐電壓性以及加工工藝進行了充分的研究，結果表明，噴口材質的不同配比和加工工藝對耐燒蝕性、耐電壓性有很大影響，合適的噴口材質不僅可以提高噴口的耐燒蝕性、耐電壓性，而且可以適當降低動弧觸頭和靜弧觸頭端部的電場強度。本實用新型使用的噴口材質是添加了微量氮化硼的聚四氟乙烯，其化學符號是F4+BN。這種材料具有優越的耐電弧燒蝕性能和耐高電壓擊穿性能，通過多次試驗，證實微量氮化硼的比例在5％-7％範圍內時，其耐電弧燒蝕性能和耐高電壓擊穿性能達到最優。這樣，與550kV雙斷口斷路器滅弧室相比，單斷口斷路器的滅弧室氣體密度得到了提高，也適當降低了動弧觸頭和靜弧觸頭端部的電場強度，提高了開斷性能。
優化了特性曲線速度-時間曲線，滅弧室進行容性開斷及負載開斷時，其斷口間絕緣恢復特性是隨開斷過程而變化的，主要取決於弧觸頭附近的電場強度及SF6氣體密度。因而要提高絕緣恢復特性，應設法提高滅弧室分閘速度，改善靜弧觸頭形狀，以降低動弧觸頭和靜弧觸頭表面的電場強度。然而，當分閘速度過快時，對於端子短路T100a等開斷時，可能無法滿足對燃弧區間的要求。同時考慮到電弧產生的能量幾乎與觸頭運動速度(亦即行程)成比例的增加，因此必須把分閘速度的增大限制在一定範圍內，這也是抑制電弧能量的有效手段。
圖4是實施例斷口行程-時間曲線圖，依據開斷容性電流恢復電壓曲線擬訂了初步的位移-時間曲線，以此為基礎，按最嚴格的燃弧時間為0ms作為開斷點，以1ms時間間隔為步長，計算斷口間在開斷過程不同時刻下恢復電壓對應的電場分布及動弧觸頭和靜弧觸頭間SF6氣體密度分布，對行程-時間曲線進行了優化設計，得出了既滿足容性開斷又滿足大容量開斷所需的特性曲線。從圖4行程-時間曲線圖可以看出，單斷口斷路器在行程接近300mm時仍具有一定的速度，保證了斷路器在較長燃弧時間時仍具有開斷大電流能力。
通過以上選擇適當噴口材質，提高動弧觸頭和靜弧觸頭附近的氣體密度，並降低動弧觸頭和靜弧觸頭端部電場強度等措施，使得在開斷速度與363kV，50kA單斷口SF6斷路器相比僅提高約30％的情況下，實現了滿足550kV單斷口斷路器的滅弧室開斷大容量短路電流所必需的操作功能。
本實用新型單斷口斷路器的滅弧室的一些其它部件如瓷套管、電流互感器、操作機構等部件和通用件是按市售及國家標準GB722和GB1208進行設計的。
權利要求1.550kV單斷口斷路器的滅弧室，其特徵是它的靜觸頭機構(1)和動觸頭機構(3)構成的斷口間並聯有電容器(4)，在傳動機構架(5)內部的傳動機構(6)與開斷單元的動觸頭機構(3)連接，傳動機構架(5)通過絕緣支持筒(7)固定在動側法蘭(10)上，傳動機構(6)經絕緣拉杆(8)與操作杆(9)相連，操作杆(9)與操動滅弧室單元(13)的動觸頭機構(3)傳動連接；靜觸頭機構(1)由靜弧觸頭(26)、靜主觸頭(25)和排氣筒(29)連接構成，動觸頭機構(3)由噴口(12)、動弧觸頭(27)、動主觸頭(28)和壓氣缸(30)連接構成，靜觸頭機構(1)和動觸頭機構(3)則通過支持絕緣筒(2)連結構成一體式結構；滅弧室內的絕緣拉杆部件在整體布置上採用了偏心設計。
2.根據權利要求1所述的550kV單斷口斷路器的滅弧室，其特徵是所述的絕緣拉杆部件的偏心設計，即在支持絕緣筒(7)上連接有傳動機構架(5)，傳動機構架(5)內有一個偏心拐臂(11)，絕緣拉杆(8)一頭與偏心拐臂(11)連接，另一頭與操作機構(31)連接。
3.根據權利要求1所述的550kV單斷口斷路器的滅弧室，其特徵是所述的滅弧室的靜弧觸頭(26)直徑是φ30mm-φ33mm。
4.根據權利要求1所述的550kV單斷口斷路器的滅弧室，其特徵是所述的滅弧室的噴口喉徑尺寸是φ38mm-φ41mm，噴口喉部長度是40mm-44mm。
5.根據權利要求1所述的550kV單斷口斷路器的滅弧室，其特徵是所述的並聯電容器(4)，電容器(4)的值在1800pF-2200pF之間。
6.根據權利要求1所述的550kV單斷口斷路器的滅弧室，其特徵是所述的滅弧室的噴口材質是含有微量氮化硼的聚四氟乙烯F4+BN，其中微量氮化硼的聚四氟乙烯F4+BN比例在5％-7％範圍內。
專利摘要本實用新型用於550kV電壓等級電力系統的控制和保護，更具體地說涉及的是戶外型落地罐式550kV單斷口斷路器的滅弧室。所述的絕緣拉杆部件的偏心設計，即在支持絕緣筒(7)上連接有傳動機構架(5)，傳動機構架(5)內有一個偏心拐臂(11)，絕緣拉杆(8)一頭與偏心拐臂(11)連接，另一頭與操作機構(31)連接。所述的滅弧室的靜弧觸頭(26)直徑是φ30mm－φ33mm。這種550kV單斷口斷路器的滅弧室，它結構簡單，體積小，使斷路器佔地面積小，產品運行的可靠性高。
文檔編號H01H33/91GK2798290SQ20052007892
公開日2006年7月19日 申請日期2005年6月16日 優先權日2005年6月16日
發明者張雅林, 王建西, 楊夙峰, 尹茂華, 張希捷, 阮豔麗, 張震峰 申請人:西安西開高壓電氣股份有限公司