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[摘要]通過歸納真空開關(guān)在投切電容器組時發(fā)生重燃現(xiàn)象的特點，從不同的角度分析投切電容器組時發(fā)生重燃的原因，提出了真空開關(guān)在投切電容器組時發(fā)生重燃的根本原因是分閘操作中的機械振動引起滅弧室內(nèi)的微粒釋放所造成的，并用微粒擊穿理論對真空開關(guān)在投切電容器組試驗過程中發(fā)生的各種現(xiàn)象進行了解釋，最后提出了提高真空開關(guān)投切電容器組可靠性應(yīng)采取的措施。對國產(chǎn)真空開關(guān)和真空滅弧室降低投切電容器組時的重燃率，早日達到用戶的需要，有一定的指導(dǎo)意義。
1 問題的提出
在供電系統(tǒng)中，由于電能損耗等多種原因使供電電壓不正常。為了維持電壓與功率因數(shù)，減少功率損耗，常需要采用無功補償?shù)姆椒▉砭S持電網(wǎng)的正常工作電壓，保證供電質(zhì)量。而在12kV-40.5kV的系統(tǒng)中，進行無功功率補償最實用、最經(jīng)濟的方法就是安裝余弦電容器組。
在電力系統(tǒng)中，對余弦電容器組進行控制最早采用的是少油斷路器，然而少油斷路器對頻繁操作的投切電容器組來說并不能完全滿足其使用要求。近年來真空斷路器以其使用壽命長，可頻繁開斷、無油、少維護等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，因此電力系統(tǒng)也希望用真空斷路器來取代少油斷路器投切電容器組。眾所周知，真空開關(guān)在投切電容器組的過程中會產(chǎn)生各種復(fù)雜的操作過電壓，如果真空斷路器的性能不夠完善，容易出現(xiàn)重燃，會產(chǎn)生高的過電壓，給電力設(shè)備帶來嚴重的危害，限制了真空斷路器在這一方面的應(yīng)用。而近年來隨著真空開關(guān)在中壓領(lǐng)域占領(lǐng)了絕對優(yōu)勢的市場份額，使這一需求顯得更加突出和緊迫。根據(jù)紹興試驗站的資料顯示，在10kV領(lǐng)域，國產(chǎn)真空開關(guān)近年來投切電容器組的重燃率一直在1%左右的水平。這樣的數(shù)據(jù)還達不到用戶的期望水平，與國外同類產(chǎn)品的試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)也有一定的差距。因此如何提高真空斷路器投切電容器組的能力，這是真空開關(guān)設(shè)備研制和生產(chǎn)單位不得不面臨的一個課題。
真空滅弧室作為真空斷路器的“心臟”，它對控制真空電弧完成導(dǎo)體和絕緣體之間的開關(guān)作用的轉(zhuǎn)換起著極其重要的作用，對于能否成功投切電容器組也起著重要的作用。那么如何提高真空開關(guān)投切電容器組的能力，也是我們滅弧室生產(chǎn)廠家需要認真研究的問題。
2 真空開關(guān)投切電容器組時發(fā)生重燃現(xiàn)象的特點
真空開關(guān)在切合電容器組時引起重燃的原因究竟是什么?這需要從真空開關(guān)在切合電容器組時出現(xiàn)的重燃現(xiàn)象的特點來進行分析。我們發(fā)現(xiàn)，在真空開關(guān)切合電容器組時，發(fā)生的重燃現(xiàn)象主要表現(xiàn)出以下特點：
2.1 重燃現(xiàn)象的出現(xiàn)有很大的偶然性和隨機性;
多次觀察到的重燃現(xiàn)象表明，無論是重燃發(fā)生的時間，還是開斷次數(shù)、開斷電流的大小、重燃發(fā)生在哪一相，都毫無規(guī)律性，無法預(yù)測重燃會在哪次開斷時發(fā)生、發(fā)生在哪一相，在電弧熄滅后什么時間發(fā)生。重燃的發(fā)生表現(xiàn)出很大的偶然性和隨機性，只具有一定的概率性，這就給人們研究真空開關(guān)在切合電容器組時的重燃現(xiàn)象增加了難度。
2.2 重燃現(xiàn)象往往出現(xiàn)在電流開斷后40~100多ms之間;
真空開關(guān)在切合電容器組時，從電壓波形圖上可以看出，電壓的重擊穿現(xiàn)象與一般的短路電流開斷過程中的重燃現(xiàn)象出現(xiàn)的時間有很大的不同，短路電流開斷過程中的重燃現(xiàn)象一般出現(xiàn)在電弧熄滅后幾毫秒，最多也不會超過一個周波，而在切合電容器組時的重燃現(xiàn)象往往出現(xiàn)在電弧熄滅后40~100多毫秒之間，有時甚至?xí)r間更長。因此可以斷定，真空開關(guān)在切合電容器組時的重燃與其在短路電流開斷過程中的重燃在機理上是不同的。
3 從傳統(tǒng)的影響真空滅弧室性能的方面來分析原因
既然真空開關(guān)在切合電容器組時發(fā)生的重燃現(xiàn)象有以上特點，那么我們嘗試從傳統(tǒng)的可能影響真空滅弧室性能的幾個方面來分析其原因：
3.1 真空度
眾所周知，真空滅弧室將真空作為絕緣介質(zhì)，使其具有滅弧能力強，介質(zhì)強度恢復(fù)速度快，絕緣強度高的優(yōu)點，因此保持真空滅弧室內(nèi)必要的真空度就很重要。
當(dāng)真空滅弧室內(nèi)真空度太低時，在開斷過程中會出現(xiàn)電弧不能熄滅或重燃的現(xiàn)象。但真空度低所造成的重燃應(yīng)該是連續(xù)的，且有近似的重復(fù)性，而在真空開關(guān)切合電容器組時發(fā)生的重燃是非連續(xù)性的，具有偶然性;而且用于進行切合電容器的真空滅弧室即使在試驗前對其真空度進行測量，甚至用特意制造并挑選過的真空度較高的滅弧室進行試驗，仍然出現(xiàn)了重燃現(xiàn)象，在試驗后對出現(xiàn)過重燃現(xiàn)象的滅弧室進行真空度檢測，發(fā)現(xiàn)真空度良好。因此由于真空度低的原因造成開關(guān)重燃的觀點顯然是不能成立的。
3.2 滅弧室的結(jié)構(gòu)設(shè)計
如果滅弧室的結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠合理，使滅弧室內(nèi)部的電場分布不夠均勻或者對電弧的控制能力不夠，使得滅弧室的滅弧性能較差，將會造成在開斷過程中電弧不能熄滅或不能承受瞬態(tài)恢復(fù)電壓，使開斷失敗。但是這種原因所致的開斷失敗主要表現(xiàn)在極限短路電流的開斷試驗中，這時短路電流一般達幾十千安，開斷失敗的特征是電弧只有短時熄滅，又迅速重燃，同時伴隨有巨大的能量放出，甚至可以將開關(guān)或滅弧室燒毀。
用于切合電容器的真空開關(guān)或真空滅弧室型號一般都經(jīng)過了包括短路電流開斷的型式試驗的驗證，證明其具有額定短路電流的開斷能力，而在切合電容器組時的開斷電流往往不超過幾百安培，真空滅弧室開斷這個等級的電流不存在任何困難，因此滅弧室的結(jié)構(gòu)設(shè)計與開關(guān)在切合電容器組時發(fā)生的重燃現(xiàn)象沒有直接的因果關(guān)系。
3.3 觸頭材料
在其他條件不變的情況下，真空滅弧室的觸頭材料對擊穿電壓有很大的影響。早期生產(chǎn)的滅弧室使用的觸頭材料多為銅鉍鈰、銅鉍鋁等，這些材料由于含有低熔點的金屬(鉍)，其擊穿電壓比較低，容易出現(xiàn)電壓擊穿。但自從使用綜合性能比較優(yōu)良的銅鉻材料后，產(chǎn)品的耐壓能力得到了提高，使滅弧室可以在更小的開距下開斷更大的電流。我們現(xiàn)在的斷路器用滅弧室的觸頭材料都是銅鉻材料，可以保證滅弧室具有良好的耐壓性能。而且由于觸頭材料的原因?qū)е碌膿舸⿲陔娀∠绾髱缀撩雰?nèi)表現(xiàn)出來，這也與開關(guān)在切合電容器組時的重燃特征不同。由此可見，觸頭材料的性能或選擇并不是造成國產(chǎn)滅弧室重燃率高的根本原因。
4 從投切電容器組的過程來分析發(fā)生重燃的原因
