断路器真空化改造在油田配电系统中的应用

1　引　言 　　吐哈油田供水供电处10 kV 高压配电室共有11 座，担负着原油开采、加工、油田注水、注气等系统的配电工作，大部分采用两路10 kV 线路供电，正常情况下一路工作，一路备用，并且单井线路在变电站外通过线路联络断路器可形成环网供电。 　　 　　高压断路器是配电网中最重要的开关设备之一，他具有以下2 种作用： 　　 　　控制作用　根据电力系统运行的需要，将部分或全部电气设备以及线路投入或退出运行。 　　 　　保护作用　当电力系统某一部分发生故障时，将该故障部分从系统中迅速切除，防止事故扩大，保护系统中各类电气设备不受损坏，保证系统安全运行。 　　 　　吐哈油田电网中，有4 座高压配电室建设时间相对较早，早期设计人员均选用少油断路器，但由于少油断路器本身的劣势为油田配电系统的运行和维护管理带来诸多不便，目前选用高压开关设备中技术领先的真空断路器改造了4 座高压配电室。技术改造后改善了配电室的运行性能，增强了配电系统的可靠性和安全性。 　　 　　2　配电室油断路器存在的问题 　　 　　高压油断路器利用变压器油作为灭弧介质，分多油和少油两种类型。由于少油断路器制造工艺简单、价格也相对便宜，故在10 kV 配电系统中常被设计人员选用。油断路器作为一代产品，曾发挥过应有的作用，至今可能仍占有统治地位。但是随着科学技术的进步，他的缺点越来越突出，少油断路器的技术性能已不能满足油气田生产的现代化要求。具体表现为： 　　 　　(1) 少油断路器维修周期短，维修花费时间长，特别是动、静触头被电弧烧伤或触头表面氧化，触头接触不良，造成触头的接触电阻增大后就需要研磨，既影响生产，又污染环境。 　　 　　(2) 少油断路器用作灭弧介质的变压器油在电弧下是可燃的，一定条件下会产生高压可燃性气体，严重时可发生爆炸。 　　 　　(3) 少油断路器长期运行过程中难于避免油的泄漏，或因电弧作用使油质劣化，威胁着设备的绝缘和系统的稳定性，影响设备的升级。 　　 　　(4) 少油断路器运行中可能掉相，在安装或检修少油断路器时，分、合闸缓冲器的压缩行程调整不当或缓冲不良，造成振动过大，使某相瓷瓶断裂而缺相，若某相导电杆上部调整触头同期性的螺钉脱扣，或者衔接部分太短，均会造成掉相事故的发生。 　　 　　(5) 少油断路器运行中振动过大，断路器拉杆的轴销可能断裂或掉出，从而可使拉杆触碰带电部分。 　　 　　以上缺点给断路器日常运行带来极大的不便，造成检修维护工作量增大，既费时费力又影响电网的安全，被其他开关设备所取代已成为必然趋势和技术发展方向。 　　 　　3 真空断路器的技术特点 　　 　　真空断路器中用于灭弧的动、静触头密封在真空泡内，利用真空作为绝缘和灭弧介质，具有其他类型开关设备无法比拟的优点。国际上一些工业发达的国家，都致力于真空断路器的开发和利用，我国正处于初步应用阶段。 　　 　　真空断路器同其他类型的断路器相比，整机操动机构相差不大。只是他的行程小，所需分合闸功率也小，整机体积可大大缩小，所用的材料也可大大减少。其差别就在于灭弧室，真空断路器的灭弧室是真空灭弧室，该类断路器的灭弧室本身就是一种独立的产品，其技术指标和各种性能在产品一经制造出厂就基本上确定了，且无法改变。 　　 　　真空开关的各种技术指标和性能在很大程度上取决于真空灭弧室。 　　 　　与其他高压断路器相比，具有明显的技术优点： 　　 　　(1) 具有很强的开断短路电流的能力，用于电路和电气设备的过载和短路保护，其短路电流开断次数可达30～100次。 　　 　　(2) 绝缘安全可靠。 　　 　　(3) 具备良好的散热条件和足够的热容量，在正常负载电流下，能长期正常工作。 　　 　　(4) 具有较强的过载能力。 　　 　　(5) 具有足够的机械强度，在工作时能承受：正常的分、合作用力; 开断短路电流的电动力; 操动机构的各种内应力; 不致因机械磨损导致损坏，使用寿命年限长。 　　 　　(6) 工作性能稳定、可靠，使用维护简单方便。 　　 　　4　用高压真空断路器改造高压配电室 　　 　　配电系统的可靠性和安全性是油田配电的基本要求，特别是原油开采难度逐年增大的情况下，单井线路的连续供电是保证原油产量稳定的重要保障，注水注气系统大部分控制的是高压电机，此类开关能否能处于良好状态运行，对油田生产至关重要。面对部分配电室设备老化和少油断路器给生产带来的不利因素，采用高压真空断路器代替原少油断路器对鄯善油田变电站、航机发电站等10 kV高压配电室进行了技术改造，共完成42 台油开关的改造。在改造过程中，采取了技术措施尽量利用原有设备，达到了相应的技术标准。 　　 　　(1) 利用原隔离开关与真空断路器配合使用，完成倒闸操作和实现控制、保护功能。 　　 　　(2) 利用原CD10 电磁操作机构，由于真空断路器的行程比少油断路器的小，这就需要把联杆缩短，重新调整机构。 　　 　　(3) 装设阀型避雷器作为过电压保护，防止真空开关在使用中可能产生过电压对设备绝缘带来的损坏。 　　 　　(4) 对二次线路继电保护和操作控制进行校验、调整。 　　 　　改造后的运行情况良好，提高了系统的安全性和可靠性，各项技术指标符合标准。使用真空断路器避免了可能发生爆炸的危险，其运行维护简单，不需要换油测试，更不需要去打磨触头，最放心的是该真空断路器没有泄漏。 　　 　　5　用真空交流接触器改造低压配电系统 　　 　　真空交流接触器是主触头密封在真空中的以真空为灭弧介质的新型接触器。该新型真空交流接触器具有分断能力强、使用寿命长、体积小、重量轻、适于频繁操作、噪音小、电弧不外露、运行周期长、节能、安全可靠、维护方便等特点。这种接触器可供远距离接通和分断电路及频繁起动和控制交流电动机之用。适合各种保护装置组成电磁启动器，特别适用于防爆电磁起动器。近年来，吐哈油田电网低压配电系统中已经逐步推广应用真空交流接触器，取代CJ 系列交流接触器后，改善了在减压起动电压切换过程中的技术性能，大大提高了电气设备运行的安全可靠性。 　　 　　6　经济效益 　　 　　以鄯善油田变电站和航机发电站为例，采用真空开关改造油田配电系统后，大大提高了系统运行的可靠性和安全性，减少了维护运行时间，降低系统故障率可达40% 以上，一年仅节约的备品备件购买及维修费用可达45 万元。 　　 　　另一方面由于改造后配电系统的安全稳定性的提高对保证整个油田生产的间接经济效益也不可低估。 　　 　　7　结　语 　　 　　真空开关应用在吐哈油田高压配电系统改造中获得了成功，消除了安全隐患，保证了设备的正常运行，其社会效益是显著的，设备安全性、可靠性技术指标的提高，其潜在的经济效益不可估量。随着技术的不断发展和完善，在油田企业配电系统中大力推广应用将会取得满意的效果。特别是一些大功率的低压配电装置，采用真空交流接触器后将大大提高电气控制设备的运行安全可靠性能。