126GIS斷路器分閘彈跳的原因分析

2015-12-16 07:25:48董文龍于純祥劉全都

電力與能源 2015年3期

董文龍，于純祥，劉全都

（正泰電氣股份有限公司，上海 201614）

斷路器是GIS的主要組成元件之一。在頻率為50Hz、額定電壓為126kV的交流電力系統中，斷路器能關合、開斷、承載正常回路條件下的電流，并能關合、在規定時間內承載和開斷異常回路條件（如短路條件）下的電流，是重要的保護、控制用開關設備。

斷路器的彈跳是隨機發生的，在某些特定條件下斷路器在合閘、和分閘過程，產生彈跳，可以發生在三相共箱式斷路器上也可以在單極斷路器或發電機保護斷路器上。其主要是在產品分閘時，銅鎢弧觸頭脫離接觸前的一段時間，合閘時銅鎢頭剛接觸，附近的一段時間內發生彈跳。國家標準關于彈跳沒有明確的規定，但是彈跳對于設備具有一定影響，是產生操作過電壓的因素之一。研究和減少開關設備彈跳勢在必行，由于分閘過程彈跳影響更大所以下面對彈跳做重點研究。

1 分閘彈跳的過程

分閘彈跳是在動側主觸頭和靜側主觸頭分開后，動弧觸頭和靜弧觸頭還沒有完全分開之前，電阻值劇烈變化引起，包括接觸面電阻和收縮電阻組成。接觸面電阻是銅鎢合金表面氧化層及接觸壓力的變化，由于動觸頭運動為曲柄壓桿機構動觸頭經兩個約束點的作用下近似直線運動，但是運動是分別靠向兩端間隙，造成接觸不良。由于震動加劇了接觸不良，即動弧觸頭和靜弧觸頭接觸、分開又接觸的過程，通過開關特性測試儀的測試可以檢查到分閘過程的彈跳，分閘彈跳特性圖如圖1所示。

圖1 分閘彈跳特性圖

通過實驗及工程案例的測試，分閘彈跳時間大部分在5.0ms以內，從動側主觸頭和靜側主觸頭分開，到動弧觸頭和靜弧觸頭分開的時間，表1是B相兩次彈跳，彈跳時間是從第一次彈跳到觸頭完全分開3.7ms。

表1 B相兩次彈跳

2 分閘彈跳的影響

分閘彈跳過程和合閘彈跳一樣也會產生較高的過電壓影響，在開斷短路故障時產生過電壓的大能量，對滅弧室的觸頭燒損嚴重，同時對整個電網的穩定性產生影響，通過數字存儲示波器手動分閘斷路器測試波形如圖2所示，從波形圖中能夠顯示出分閘彈跳過程中產生的過電壓值幅值和頻次，其峰值近似于CB端口電壓的兩倍。數字存儲示波器測調CB端口分閘信號原理圖如圖3所示。

圖2 示波器測試圖

圖3 數字存儲示波器測試CB端口分閘信號原理圖

如果斷路器在運行狀態，斷路器分閘并發生彈跳，將導致系統內部電容、電感元件之間電磁能量互相轉換，并形成強阻尼振蕩過程在3倍左右的過電壓。如圖4所示。

分閘彈跳的現象，在現場安裝公司使用的不同廠家的開關特性測試儀，對測量同期結果的影響，通常用于測量真空斷路器的開關特性測試儀，計量方式如圖5所示。

分閘同期測量值是5.1ms，計量方式是從第一個彈跳斷開始瞬間到三相完全斷開。同一臺產品換用石家莊漢迪電氣公司的開關特性測試儀，測量的分閘同期是1.1ms，此儀器的計量方式是，從三相觸頭完全斷開后的時間差，如圖6所示。

圖4 斷路器在運行狀態波形示意圖

圖5 分閘彈跳特性圖

圖6 分閘彈跳特性圖

3 影響分閘彈跳的原因分析

拐臂的運動是曲線運動，拉桿是靠無油軸承約束變為直線運動，支持筒中和無油軸承配合的拉桿的加工配合尺寸，是直接影響分閘彈跳的主要因數，動觸頭在運動過程中受到支持筒中兩個無油軸承的約束，如圖7、圖8所示。

圖7 動觸頭結構圖

動側主觸頭和靜側主觸頭分開后就降低了動觸頭的約束力，當約束間隙較大時，更是降低了動觸頭運動的直線度，非直線運動使得動弧觸頭和靜弧觸頭間產生震動，接觸與非接觸的現象，另外由于動觸頭運動的動力源是圓弧運動，當有間隙存在時，動觸頭的末端（動弧觸頭）的穩定性更差。實踐工程中這種彈跳比較固定，時間在2～5ms，通過調試無法消除。