一种适用于西门子PR1闸刀的引弧装置

一种适用于西门子 PR1 闸刀的引弧装置

陈亢 盛逸标 徐阳建 刘松成 杜羿 陈廉政 洪欢 陈全 仇京伦

（国网浙江省电力有限公司金华供电公司）

摘要：西门子作为变电设备的主流供应商，由其生产的一次设备在220kV变电站中占比较大。PR1型副母闸刀是西门子设计生产的一款应用于110kV电压等级的垂直伸缩式闸刀，该类型闸刀进行分合闸时容易受到电弧灼伤的影响，进而导致接触面受损，引起过热等问题，而PR1闸刀动静触头接触面的过热消缺需要对母线进行停电，降低了供电可靠性，增加了人力物力资源的消耗。为解决该问题，本文提出设计一种适用于西门子PR1闸刀的引弧装置,通过该引弧装置在分合闸过程中,让动触头引弧结构先于动、静触头接触，后于动、静触头分离，达到释放电弧并消除电弧对闸刀主触头的灼烧损伤的目的，经试验验证该引弧装置具备保护动静触头接触面免受电弧灼伤的功能，实现了延长触头使用寿命，保证电网长期安全稳定运行的效果。

关键词：PR1型闸刀，电弧，接触面，灼伤过热，引弧装置

1 引言

近年来，随用电负荷的快速增长，网架规模不断扩大，变电站数量逐年上升，西门子作为变电设备的主流供应商，由其生产的一次设备在220kV变电站中占比较大。PR1型副母闸刀是西门子设计生产的一款垂直伸缩式闸刀，经统计，在金华公司所辖220kV变电站中共有该类型闸刀257台，且该类型闸刀进行分合闸时容易受到电弧灼伤的影响，进而导致接触面受损，引起过热等问题，据统计近三年来PR1闸刀由电弧灼伤接触面而引起的过热问题共13次，平均4.3次/年。PR1闸刀动静触头接触面的过热消缺需要对母线进行停电，降低了供电可靠性，增加了人力物力资源的消耗。

为消除电弧对于闸刀接触面的灼伤影响，文献[1]阐述了电弧的危害，以及提出了加装引弧装置的措施来防止电弧对触头产生损害。文献[2]设计了阿尔斯通S2DA型闸刀的引弧装置，该装置安装于雄触头和雌触头上并相互配合，实现引弧装置的先合后分。文献[3]为解决GW5-126型闸刀触头烧损问题，设计了安装于左右触头下方的铜钨合金引弧棒。目前未见有研究针对西门子PR1型闸刀的引弧方案，为解决该问题，本文计划设计一种适用于西门子PR1闸刀的引弧装置，通过该引弧装置在分合闸过程中让动触头引弧结构先于动、静触头导电接触，以达到释放电弧并消除电弧对闸刀主触头的灼烧损伤的目的，实现延长触头使用寿命，保证电网长期安全稳定运行的效果。

2 电弧灼伤原理

在大气环境中开断电流时，只要电压超过12-20V，被开断的电流超过0.25-1A，在触头的间隙（弧隙）中通常产生一团温度极高、发出强光和能够导电的近似圆柱形的气体，这就是电弧。电弧是由三个部分构成的，阴极区域、弧柱区域和阳极区域。电弧的阴极区域对电弧的发生和物理过程具有重要的意义，形成电弧放电的大部分电子是在阴极区产生或由阴极本身发射的。电弧放电时，实际上并不是整个阴极全部参加放电过程，阴极表面的放电只集中在一个很小的区域上。这个小区域称为阴极斑点，它是一个非常集中，面积很小的光亮区域，其电流密度很大，是电弧放电中强大电子流的来源。同样阳极表面也存在阳极斑点，它接受从弧柱中过来的电子。弧柱是由高温、游离的气体形成的充满了带电粒子的等离子体。

PR1闸刀和普通闸刀一样，触头运动速度较慢，又无灭弧措施，转换母线时负荷电流引起的电弧较长时间的灼伤在动、静触头的导电接触点上，造成触头系统的损坏。被灼伤的动、静触头的导电接触部分可能引起有效接触面积减小，或者电阻率上升，极易引发过热，影响闸刀使用寿命。因此，迫切需要研发一款能够消除电弧对闸刀主触头产生灼烧损伤作用的装置。

图1 PR1闸刀现场图

3 引弧装置的设计与研究

刀闸在频繁合分母线转换电流的过程中，动、静触头间产生的电弧会灼伤其触头表面的导电接触点，影响触头的使用寿命。

为延长刀闸触头系统的使用寿命，针对西门子垂直伸缩式闸刀的触头系统开发了一种引弧装置，在闸刀动触头上加装该装置后，闸刀分闸时，该引弧触头将后于闸刀的动触头与静触头分开；闸刀合闸时，该引弧触头将先于闸刀的动触头与静触头合上。

在刀闸合分的过程中，动触头上不产生电弧，静触头系统电弧产生的位置非刀闸动静触头的接触点，按照这样的方案进行过改造的刀闸，其主触头系统将会得到有效的保护，触头系统的使用寿命将会有较大的提高。

为实现引弧装置先合后分的目的，要求引弧装置的材质具有良好的弹性形变能力，考虑到导电性好的铝制材料质地偏软，容易产生永久性形变，且为降低涡流发热影响，综合考虑后选用不锈钢作为引弧装置的材料。

引弧动触头采用4根不锈钢制作的引弧触指，并采用抱箍紧固的方式将该引弧装置安装在PR1闸刀的原有动触头上面，图2为引弧装置抱箍设计图纸，图3为引弧装置实物图，图4为引弧装置安装示意图。

a）引弧装置抱箍设计图纸

b）引弧装置引弧杆设计图纸

图2 引弧装置设计图纸

图3 引弧装置实物图

图4 引弧装置安装示意图

4 实施效果

将设计的引弧装置安装于4台PR1闸刀动触头上（左、右动触头各安装引弧装置1只），开展功能测试，空载合分10次观察引弧装置与主触头之间的合分状况是否满足先合后分的设计要求，并测试回路电阻是否合格，避免引弧装置的安装影响主导电回路的正常通流。

表1 功能测试记录

测试结果反映引弧装置可以实现先于动触头合，后于动触头分的功能，并且测量主通流路径的回路电阻合格，满足设计要求。

5 结论

本文针对西门子PR1闸刀动、静触头接触点出现的电弧灼伤问题，研制了一种适用于西门子PR1闸刀的引弧装置，实现了先于动触头合，后于动触头分的功能，并且主通流路径回路电阻测试合格。该装置可有效避免电弧对动静触头接触面的伤害，将电弧灼伤点转移到了引弧装置上。并且研制的装置不破坏触头系统原有结构，无需打孔，不会破坏原镀银层。装置安装简便，仅需紧固四颗螺丝即可完成引弧装置的安装。实现对PR1闸刀触头系统良好的保护作用。

参考文献

[1]张操.750kV隔离开关产生电弧的原因、危害及防范措施[J].河南科技,2016(21):141-142.

[2]李志锦,李耀东.敞开式隔离开关装设引弧装置的应用探究[J].中国电业,2015(11):134-135.

[3]张宗伟,卢昌宏.GW5-126型隔离开关触头烧损故障分析及对策[J].高压电器,2011(47):76-79.