变电站空气开关误跳闸技术分析

摘 要：空气开关是一种低压保护电器，起短路、过载和失压保护作用，在变电站低压、二次回路中得到广泛的应用。其性能好坏直接影响到变电站低压、二次回路的安全可靠工作。文章重点论述了空气开关的相关知识及变电站交、直流空气开关的配置及由空气开关误跳引起的事故分析。

关键词：变电站；空开误跳；技术分析

自动空气开关是电路中的保护元件。它既能带负荷通、断电路，又能在电路过负荷、短路和失压时自动跳闸。

1 电弧的特性及熄灭

1.1 交流电弧的特性及熄灭

（1）交流电弧每一周期，电流过零两次，电弧自然过零时将自动熄灭，但下半周期随着电压的升高，电弧会重燃。若电流过零时，电弧不再重燃，电弧就此熄灭。（2）交流电弧的熄灭取决与弧隙介质强度的恢复过程与弧隙电压的恢复过程快慢。（3）交流电弧的灭弧方法。

a.提高触头的分闸速度；b.采用多断口灭弧；c.吹弧；d.利用固体介质的狭缝狭沟灭弧；e.利用短弧原理灭弧；f.磁吹；g.高压力气体介质灭弧；h.真空灭弧。

1.2 直流电弧的特性及熄灭

（1）由于直流电流的特点直流电弧不会过零，因此，直流电弧的熄灭比交流电弧要困难。将长弧沿垂直方向切割成多段电弧串联，每一段即构成一个短弧，获得一个阴极区压降。如果加在触头间的电压小于各段短弧的阴极电压之和，则电弧就不能维持而熄灭。（2）直流电弧的熄灭条件：a.加大触头的分断距离、将长弧切割为短弧，拉长电弧加强冷却；b.减小电源电压。

2 空气开关概述

（1）自动空气开关的保护功能是由脱扣器来实现的。可以配备电磁脱扣器、热脱扣器、失压脱扣器、分励脱扣器。（2）自动空气开关可用于配电线路、电动机线路、照明线路和漏电保护使用，使用时应正确整定脱扣器动作电流以获得保護的灵敏性和选择性。（3）自动空气开关的型号：例如：德力西 DZ47 C63～400V其中C63中的C表示C特性脱扣空气开关，特性是按空气开关对峰值电流的敏感度来分类：

A特性一般用于需要快速、无延时脱扣的使用场合，亦即用于较低的峰值电流值（通常是额定电流In的2～3倍）。

B特性一般用于需要较快速度脱扣且峰值电流不是很大的使用场合，B特性允许通过的峰值电流<3In，一般用于白炽灯、电加热器等电阻性负载及住宅线路的保护。

C特性一般适用于大部分的电气回路，它允许负载通过较高的短时峰值电流而不动作，C特性允许通过的峰值电流<5In，一般用于荧光灯、高压气体放电灯、动力配电系统的线路保护。

D特性一般适用于很高的峰值电流（<10In）的开关设备，一般用于交流额定电压与频率下控制的变压器和局部照明变压器的一次线路和电磁阀的保护。

对于各种不同性质的负载，一定要选用合适的空气开关。

3 变电站空气开关的使用

3.1 变电站空气开关分类

按电流种类分为：直流和交流空气开关两种。又可分为低压塑壳断路器和低压框架式断路器，前者用于小电流，后者用于大电流。

3.2 交直流空气开关不能互换使用的原因

主要是因为交直流电电弧的灭弧原理不同。交流空气开关灭弧装置灭弧能力较直流空气开关低，直流线路中由于直流电流的大小和方向是不随着时间而变化故而分断的时候产生的电弧要大，在看似相同电压等级的直流空开在用于交流电时侯的灭弧能力是绰绰有余的，而看似相同电压等级的交流空气开关在断开直流电路时灭弧能力显然不足，一旦过载跳闸，空气开关不能有效灭弧。不但因电弧的作用不能立即有效的断电，而且空气开关也会烧坏，这样不但起不到保护作用，还会造成严重后果。

4 变电站空气开关的级差配合

自动空气开关额定电流应按回路的最大负荷电流选择，并满足选择性的要求；干线上自动开关脱扣器的额定电流应较支线上的大2～3级。在进行级差选配时，原则上尽可能选取同型号保护元件，进行上下级配合。

5 案例：某变电站由于空气开关配置不当造成空气开关误跳闸

某500kV变电站500kV设备采用3/2接线HGIS设备。断路器选用液压弹簧机构，运行当中发现某串当中当某断路器打压时，该串交流箱内断路器机构电机空气开关（正泰DZ47-60 C20～400V）跳闸，直到监控机发：“重合闸闭锁”光字。人员到现场检查才发现空开误跳闸。经现场试验空气开关性能正常，二次回路检查无异常。

分析原因： 500kV断路器由于分相断路器每相操作机构电机功率1.1kW，如果多相同时打压则电机工作电流至少要10～15A，而电机启动电流很大，通常可达额定电流的4～7倍。这样因现场第四级空气开关为分相设置一相一个（C10）空气开关，基本能满足断路器电机正常及启动电流要求，而第二级、第三级空气开关是三相式（C20）空气开关没有级差。当三相断路器多相同时打压时由于电机启动电流太大，而国产的正泰DZ47-60 C20～400V三相空气开关可能机械特性方面与德国穆勒PL9-C20/2～230/400V空气开关存在差异。导致第二级正泰 DZ47-60 C20～400V三相空气开关误掉闸。

采取措施：

（1）因第四级德国穆勒PL9-C10/2～230/400V空气开关暂时还未发现有掉闸现象应能满足要求可继续运行。

（2）第三级德国穆勒PL9-C20/2～230/400V空气开关与第四级空开配合可继续运行。

（3）第二级正泰DZ47-60 C20～400V三相空气开关因与第三级德国穆勒C20无级差，故应取消或更换为更大容量空开如C32。

（4）由于C特性空气开关主要用于照明等回路，D特性空气开关主要用于动力回路，所以建议将断路器机构电机回路第二、三级空开均选用D特性空气开关。

（5）另外由于不同厂家空开机械性能存在差异，配置在同一回路中级差配合很可能出现问题。建议同一回路当中选用同一厂家空开。

（6）为防止变电站空气开关误跳闸而不被发现，变电站重要的空气开关应采用具有报警开关的空气开关，这样只要空气开关变位报警开关即可发出空开变位信号。

参考文献

[1]国家电网公司人力资源部.电力安全生产及防护[S].

[2]国家电网公司十八项电网重大反事故措施[S].修订版.

作者简介：王立（1979-），毕业于太原科技大学，本科学历，工程师，2003年在国网山西省阳泉供电公司参加工作，主要研究方向：变配电运检、试验。