浅谈隔离开关操作过程中出现异常电弧的原因及处理方法

2019-09-10李旭

电力与能源系统学报·下旬刊 2019年3期

李旭

摘要：隔离开关操作过程中最严重的状态就是有电弧产生无法熄灭，进而引起相间短路造成电网事故。电弧是等离子体，质量极轻，电弧区内气体的流动，包括自然对流以及外界甚至电弧电流本身产生的磁场都会使电弧受力改变形状，拉长、卷曲形成十分复杂的形状。其运动速度可达每秒几百米，因此需要迅速地熄灭电弧以免发生事故。

关键词：隔离开关;异常电弧;处理

现场倒闸操作中以下问题需要正确处理否则会引起事故，造成严重后果：

1、拉开隔离开关时若有异常电弧出现应怎么处理？

2、合上隔离开关时若有异常电弧出现应怎么处理？

3、倒母线翻排操作中，当合上某设备的一把母线隔离开关后拉开其另一把母线隔离开关时有异常电弧出现应怎么处理？

4、电动分合隔离开关的操作中电动机构故障不能继续分合闸时应怎么处理？

处理以上问题前必须先弄清楚操作中电弧产生的原因。

电弧是一种气体放电现象。各种用电设备投入或者退出电路，当其在大气中开断时，只要电源电压超过12～20V，被开断的电流超过0.25～1A，在动静触头间（简称弧隙）就会产生一团温度极高、发出强光、能导电的近似圆柱形的气体，此即为电弧。比如铜触头间的最小生弧电压为13V，最小生弧电流为0.43A，开断220V交流电路時产生电弧的最小电流为0.5A。

碰撞游离是电弧发生的主要原因，触头间的强电场，是电弧发生的必要条件，弧隙介质的热游离则是维持电弧燃烧的主要因素。

大气中，每厘米长电弧的维持电压只有15V左右。在100kV电压下开断仅5A的电流时，电弧长度可达7m。电流更大时，可达30m。

隔离开关正常开断小电流电路时，由于电流很小，场强发射、热电发射相对较弱，热游离弱，电弧燃烧的主要是空气绝缘间隙中气体游离介质，电弧呈天蓝色。随着触头分开的距离增大，触头间的电场强度迅速减小，场强发射和热电发射、热游离进一步减弱;距离不断增大，电弧被拉长，自然冷却和去游离产生，动静触头间隙间空气绝缘介质不断恢复，电弧熄灭，电路才被开断;当误开断大电流电路时，场强发射、热电发射相对较强，热游离强，同时在高温的作用下（电弧中心部分维持的温度可达5000℃以上），气体中性质点的不规则热运动速度增加，场强发射、热电发射、热游离不断加强，电弧燃烧大量金属触头游离介质，开断的电流越大热游离现象越大，电弧燃烧的颜色越趋近于触头金属燃烧的颜色。热游离产生的电子，就足够形成导电通路，使电弧得以维持。三相电弧不能熄灭被拉长，最后纠结在一起造成相间短路事故。

所以隔离开关的操作规范要求分闸时要先慢后快，当判断动静触头刚分开无异常时才能继续快速分闸！

电路与用电设备将要接通时隔离开关动静触头间也会产生电弧。此时动静触头间隙开始变小，电场强度作用下触头金属表面因一次电子发射（场强发射或光电发射、热电发射）导致电子逸出，间隙中气体原子或分子会因电离（碰撞电离、光电离和热电离）而产生电子和离子。电子或离子轰击发射表面又会引起二次电子发射，如此反复下当间隙中离子浓度足够大时，间隙被电击穿而发生电弧。发生电弧时，弧隙中电子、原子及分子互相碰撞，并不断交换能量，使弧隙中介质温度急剧增加，热游离产生的电子，就足够形成导电通路，使电弧得以维持。与开断时动静触头间电弧熄灭是依靠冷却和去游离不同的是此时动静触头间的间隙从有到无直至紧密接触，场强发射、热电发射、热游离消失，电弧失去了产生基础而熄灭的。所以隔离开关的操作规范要求合闸时要迅速果断，即使合错了也不能断开！

断路器可以开断大电流的电路是因为有专设的灭弧装置熄灭电弧，隔离开关没有专设的灭弧装置，不能作开断电流较大的电路，只能进行如下操作：

1、主要用于隔离电源，将检修设备与带电设备用空气绝缘间隔隔离开，使带电设备与检修设备之间有一明显可见的断开点。

2、隔离开关与断路器配合，根据系统运行方式的需要进行倒闸操作，改变系统运行接线方式。

3、接通或断开小电流电路：拉、合空载母线及直接连接在母线上设备的电容电流;在正常运行情况下拉、合变压器中性点接地刀闸，拉、合电压互感器和避雷器;可以拉、合闭路电路中的旁路电流;其它有文件允许的操作。

弄清楚了隔离开关的作用和操作中电弧产生的原理，就可以讨论开始的问题了。

1、拉开隔离开关时若有异常电弧出现应怎么处理：

隔离开关不能开断电流较大的电路，正常情况下拉开隔离开关应先慢后快，即将隔离开关动静触头刚分离开的时间段应慢，当动静触头刚分离开时判断其无异常（等电位操作应无放电声和无电弧产生，非等电位操作产生的电弧应为纯天蓝色，放电声清脆）后再继续操作将其快速有力地完全分离开。如果动静触头刚分离开时判断其有异常（等电位操作时有较大的放电声和电弧产生，非等电位操作产生的电弧非纯天蓝色，放电声沉闷像电焊声）时应立即停止分闸操作改为反向合闸操作将其动静触头紧密连接并锁止操作机构后，停止操作查明原因。未查明原因并可靠处理前不得继续操作。

2、合上隔离开关时若有异常电弧出现应怎么处理？

隔离开关不能拉合电流较大的电路，正常情况下合上隔离开关操作时应迅速果断毫不犹豫地一步合闸到位，即使在操作过程中有异常电弧出现也不能再拉开。必须再次拉开时应重新执行操作规定检查其具备分闸条件并核对无误后方能拉开。

出现以上问题的可能原因为：

a）等电位操作条件不满足出现异常：

1 双母线设备倒母线操作时各种原因造成的非等电位操作：

1）联接两段母线的母联断路器偷跳或各种原因引起的非全相合闸状态和母联断路器的母

线隔离开关动静触头接触不良接触电阻过大造成的两段母线间不处于等电位状态，造成

隔离开关拉合了上述原因引起的两段母线间的不平衡电流;

2）电气设备倒母线操作“先合后拉”时，先合的母线隔离开关动静触头接触不良接触电

阻过大，造成“后拉”的隔离开关开断了接触电阻引起的负荷电流。

2 简易旁路母线带路操作时各种原因造成的非等电位操作：

1）环路中连接的某台断路器偷跳或各种原因引起的非全相合闸状态;