高壓真空斷路器機(jī)械特性故障診斷研究

閆毓紅 張鴻鵬

摘 要：電力系統(tǒng)能否得到有效控制是直接影響高壓真空斷路器的因素之一，高壓真空斷路器的可靠運(yùn)行才能使得電路系統(tǒng)的正常高效運(yùn)轉(zhuǎn)。依據(jù)斷路器的關(guān)鍵性功能，工作中要實(shí)時(shí)的監(jiān)測真空斷路器的運(yùn)行狀態(tài)。文章就高壓真空斷路器故障診斷系統(tǒng)的原理和方法進(jìn)行簡要說明。

關(guān)鍵詞：高壓真空；斷路器；故障診斷

1 概述

高壓真空斷路器是一個(gè)控制電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)并且對(duì)電網(wǎng)有重要保護(hù)作用的電力系統(tǒng)中一個(gè)比較關(guān)鍵的開關(guān)設(shè)備。在一般運(yùn)行狀態(tài)下它能夠通過控制開合斷路器來投入或切除相關(guān)的線路設(shè)備，變換電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)線路設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)，它及時(shí)地把出現(xiàn)問題的設(shè)備和運(yùn)行之中的電網(wǎng)切斷聯(lián)系，以達(dá)到電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。如果斷路器糾正系統(tǒng)沒有出現(xiàn)問題的不規(guī)范的動(dòng)作，則會(huì)導(dǎo)致事態(tài)越發(fā)的變壞，嚴(yán)重的時(shí)候?qū)?huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。因此保證高壓斷路器的良好性能、穩(wěn)定可靠關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)是否安全穩(wěn)定運(yùn)行，這個(gè)十分重要。

真空斷路器不僅具有體積小、重量輕、可靠性高、可以承受頻繁操作，而且能及時(shí)斷電避免火災(zāi)，系統(tǒng)維護(hù)少等優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)使得真空斷路器能迅速在各個(gè)電力部門被廣泛的應(yīng)用并且得到相關(guān)技術(shù)人員的認(rèn)可。目前我國真空斷路器的制造技術(shù)基本上達(dá)到了國際同行業(yè)同類型產(chǎn)品的要求，這代表著我國高壓真空斷路器的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。

2 基本結(jié)構(gòu)和工作原理

真空斷路器主要由三大部分組成：真空滅弧室、電磁或彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)、支架及其他結(jié)構(gòu)。其工作原理是：當(dāng)動(dòng)、靜觸頭在操作機(jī)構(gòu)的作用下分閘時(shí)，觸頭間產(chǎn)生電弧，觸頭表面在高溫下?lián)]發(fā)出蒸汽，由于觸頭設(shè)計(jì)為特殊形狀，在電流通過時(shí)產(chǎn)生一磁場，電弧在此磁場作用下沿觸頭表面切線方向快速運(yùn)動(dòng)，在金屬圓筒上凝結(jié)了部分金屬蒸汽，電弧在自然過零時(shí)就熄滅了，觸頭間的介質(zhì)強(qiáng)度又迅速恢復(fù)起來。

3 確定高壓真空斷路器主要機(jī)械特性參數(shù)

主要機(jī)械特性參數(shù)是通過對(duì)特性曲線的合理分析，從原理上闡明系統(tǒng)對(duì)斷路器運(yùn)行參數(shù)，反映的客觀性和準(zhǔn)確性。對(duì)幾個(gè)重要參數(shù)的標(biāo)定方法如下。

3.1 開距

真空斷路器的額定電壓和耐壓直接決定著觸頭開距，如果額定電壓低的話觸頭開距一般選擇小點(diǎn)。但是不能太小，否則分?jǐn)嗄芰湍蛪核綍?huì)受到影響。也不能太大，否則滅弧室的波紋管壽命會(huì)縮短的。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，滿足運(yùn)行要求的情況下選擇開距小的。一般額定電壓在10kV時(shí)，開距通常在8～12mm。在35kV時(shí)，開距通常在30～40mm。

3.2 接觸壓力

在無外力作用時(shí)，動(dòng)觸頭在大氣壓作用下，對(duì)內(nèi)腔產(chǎn)生一個(gè)閉合力使其與靜觸頭閉合，稱之為自閉力，其大小取決于波紋管的端口直徑。當(dāng)滅弧室在工作狀態(tài)時(shí)，自閉力不能保證動(dòng)靜觸頭間良好的接觸，必須施加一個(gè)外加壓力。這個(gè)外加壓力和自閉力之和稱為觸頭的接觸壓力。接觸壓力作用有：保證動(dòng)、靜觸頭的良好接觸；滿足額定短路狀態(tài)時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定要求；抑制合閘彈跳；為分閘提供一個(gè)加速力。

3.3 接觸行程

接觸行程就是觸頭彈簧的壓縮距離，觸頭壓彈簧施力端繼續(xù)運(yùn)動(dòng)至終結(jié)的距離。接觸行程有兩方面作用，一是給觸頭彈簧與對(duì)接觸頭提供接觸壓力；二是在運(yùn)行磨損下但是又能具有一定的接觸壓力。一般接觸行程可取開距的20%～30%左右，如果真空斷路器的額定電壓在10kV則接觸行程大概為3～4mm。

3.4 合閘速度與分閘速度

平均合閘速度主要影響觸頭的電磨損。假如合閘速度太低并且電弧存在的時(shí)間過長，會(huì)增大觸頭表面的電磨損；合閘速度太高，可能會(huì)出現(xiàn)接觸又彈回，產(chǎn)生合閘彈跳。斷路器的平均合閘速度通常取0.6～1.0m/s之間的數(shù)值。

斷路器的分閘速度一般而言速度越快越好，這樣可以提前幾個(gè)毫秒斷開故障電路，反彈太大震動(dòng)過劇亦容易產(chǎn)生燃弧重燃。分閘速度如果太慢，則首開相延續(xù)至下一相，燃弧時(shí)間加長了，增加了開斷的難度。速度快慢主要取決于合閘時(shí)動(dòng)觸頭彈簧和分閘彈簧的貯能大小。我公司生產(chǎn)的10kV真空斷路器，平均分閘速度在1.2～1.6m/s范圍