真空斷路器斷流容量試驗問題分析

齊英

（國網山東省電力公司萊陽市供電公司，山東 萊陽 265200）

真空斷路器斷流容量試驗問題分析

齊英

（國網山東省電力公司萊陽市供電公司，山東 萊陽 265200）

真空斷路器開斷短路電流后在工頻恢復電壓下易擊穿,由此引起三相、單相直接試驗和單相合成試驗之間的差異。因而對現有的非三相直接試驗法應作更詳細的規定，或改進試驗方法；已經通過電壽命試驗的真空斷路器，無論裝在哪一廠家生產的柜體中，只要裝在柜中的斷路器的空載機械特性處在技術條件規定的范圍內，可以只作短路方式四的試驗而不需再作點壽命試驗。

真空斷路器；直接；合成；電壽命

真空斷路器具有體積小、重量輕、壽命長、不用檢修等優點，已經在我國10kV和35kV電力系統中得到廣泛的應用，10kV真空斷路器已經做到開斷短路電流50kA、35kA真空斷路器開斷25kA，開斷電流還在增大。

真空斷路器的科研、生產帶動了試驗。我國斷流容量試驗室的容量都不大，對10kV產品可作三相直接試驗，對35kV產品最大可作到25kA單相試驗。超過25kA的需作單相合成試驗。真空斷路器與空氣、油、六氟化硫斷路器明顯不同的一點就是開斷短路電流后在工頻恢復電壓下觸頭間隙容易擊穿。因而三相直接試驗、單相直接試驗和單相合成試驗會由于工頻恢復電壓的不同，觸頭間隙擊穿的情況也不同，不同試驗方法所得結果之間就無法比較。

開斷額定短路開斷電流次數（即電壽命）試驗是真空斷路器新產品型式試驗的重要內容，它是考核新產品在滅弧室結構、觸頭材料、滅弧室與機構的機械特性配合等方面的主要手段，產品多年不檢修的標志，對于新產品這是完全必要的；但是對于已經做過電壽命試驗的真空斷路器，只因裝在不是同一廠家生產的開關柜中，卻要求再做電壽命試驗，其必要性不大，且浪費了大量人力和物力，也不能用來提高產品質量，本文將對這些問題進行分析。

1 工頻電壓下的擊穿

真空斷路器開斷電流之后在工頻恢復電壓下觸頭間隙有時會發生擊穿。大致有以下幾種情況：擊穿之后只有高頻電流通過，這種高頻電流是附近母線的雜散電容對觸頭間隙的放電電流，這種現象被稱為間隙的非自持破壞性放電。由于真空斷路器熄滅高頻電流的能力強，間隙很快恢復到絕緣狀態。另一種情況是間隙擊穿流過一個工頻半波電流之后即恢復到絕緣狀態。有時發生多次擊穿，每次只流過一個工頻半波電流。

工頻恢復電壓下擊穿的高頻電流如果很大，且負載中性點不接地，易引起三相電流截流，開斷感性負荷時可能產生截流電壓。開斷容性負荷時，由于真空斷路器開斷高頻電流的能力強，再重燃高頻電流的第一個半波就可能將其開斷，因而重燃過電壓高，多次重燃產生的過電壓更高，觸頭間隙擊穿還可能引起繼電保護的誤動。

2 關合試驗扣不住

斷路器關合適量逢系統短路時，繼電保護會發出分閘命令使斷路器分閘。從短路開始到斷路器觸頭分離的時間稱為金屬短路時間。從系統穩定、減少故障損失的要求出發，希望金屬短路時間越小越好，但是對斷路器而言卻要求這個時間有一定的值以保證斷路器的分合閘線圈的輔助接點得以轉換，使分閘脈沖可以進入分閘線圈并切斷合閘脈沖，油斷路器得以回油，SF6斷路器得以回氣為后面的開斷做好準備。

以短路發電機或電網作電源試驗時，為了減少短路電流和恢復電壓的衰減，希望金屬短路時間不要太長，10kV真空斷路器作三相分合試驗時有時會發生合閘扣不住。金屬短路時間極短，只有兩三個工頻半波，這時斷路器的分閘脈沖還未發出，因為輔助接點還未來得及轉換，而機構沒有扣住，觸頭又被彈開。真空斷路器沒有回油、回氣的要求，在這種情況仍能正常開斷，合分試驗主要是考核合閘對分閘的影響，金屬短路時間、開關又能開斷，說明開關的性能更好，短路試驗之前的空載試驗，金屬短路時間是正常的。

出現上述情況是電動力的作用。盡管合分試驗的分能開斷，但是實際上并未合閘到位，由于是直接試驗，沒有單獨關合試驗的要求，所以上述情況應判為關合試驗不合格，遇到這種情況應查清原因不作關合試驗。

3 開斷額定短路開斷電流的電壽命試驗

電壽命可分為開斷額定電流的和開斷額定短路電流的電壽命。本文只討論開斷額定短路電流的電壽命。電壽命主要是由觸頭的電侵蝕決定的，電侵蝕包括在開斷的起始階段，穩定燃弧階段以及短路關合過程。影響電侵蝕的因素有觸頭材料、磁場結構及機械特性（分合閘速度、壓頭壓力、關合時觸頭彈跳等），這些是本身的條件。影響電壽命的試驗條件主要是短路電流、工頻恢復電壓、燃弧時間等。短路電流大，燃弧時間長，觸頭電侵蝕就嚴重。工頻恢復電壓高，開斷短路電流之后觸頭間隙應擊穿。

3.1 三相試驗和單相試驗

對10kV真空斷路器按中性點不接地條件進行三相直接試驗時，首開相開斷后，經過5ms二、三相同時開斷。首開相承受1．5倍相電壓的時間只有5ms，以后只承受相電壓。二、三相在首開相滅弧后短路電流減少為首開相的87%。

合成試驗恢復電壓開始時為1．5倍相電壓，由于衰減逐漸減少，最好的情況只能做到每個工頻半波減少5%。由于衰減，點火球將在電壓較低時熄弧，因而工頻恢復電壓只能維持0．1s左右。

可見三相直接試驗、單相直接試驗、單相合成試驗，在機械特性、短路電流、工頻恢復電壓、燃弧時間方面都有差異。同一產品用以上三種不同的方法作試驗可能產生不同的結果。相對而言，以三相直接試驗為準，單相直接試驗較嚴，電相合成試驗如果不計電流零區等價性，其嚴酷程度處在三相直接試驗和電相直接試驗之間。

在分—0．3s—合分試驗中，第一次分后的工頻恢復電壓是電流源電壓，此電壓大大低于試驗電壓，如果在直接試驗第一次分后觸頭間隙發生工頻電壓下的擊穿（這是時有發生的），則在合成試驗時就可能不會出現。

在真空滅弧室的國家標準中規定開斷額定短路電流的電壽命，分與合分（包括自動重合閘）的次數相同。如果用單相合成試驗作電壽命，則全部的合都是在電流源電壓下（即大大低于試驗電壓）進行的。由于關合電壓低，觸頭與擊穿距離小，預燃弧時間也短，電弧能量小，產生的噴減少，電侵蝕輕。

綜上所述，考慮到三相直接試驗、單相直接試驗和單相合成試驗在機械特性、短路電流、工頻恢復電壓和燃弧時間等方面的差異，這些差異又是真空斷路器敏感的地方，致用額定短路開斷電流開斷次數而不考慮試驗方法來考核電壽命是不夠的。解決的方法是改進試驗方法，使其更符合關實際運行條件；或在現有試驗條件的基礎上提出更詳細的電壽命試驗要求。

3.2 開關柜的電壽命試驗

對開關柜而言，機構對開斷性能的影響比柜體大得多，更換機構（當空載機械特性相同時）不用做電壽命試驗，換了柜體必須做電壽命試驗。進行短路試驗之前，開關柜必須先做機械調整和空載特性測量，使其機械特性處在技術條件規定的范圍之內，只要作到這點，不同廠生產的柜體對開斷性影響的差別就不存在了，從而對電壽命影響的差別也不復存在。

我國目前生產真空斷路器的廠多于生產滅弧室的廠，生產真空開關柜的廠多于生產真空的廠，因而多數真空開關柜配用的真空斷路器不是由本廠生產的。大量真空開關柜電壽命試驗使用少數真空斷路器廠生產的真空和更少量的真空滅弧室，結果是少量的真空和更少量的真空滅弧室被重復用來做電壽命試驗。

如前所述，由不同試驗方法得出的試驗結果不同，這就使得試驗結果之間無法比較。如此大量的電壽命試驗花費巨大的人力和財力，卻得不到應有的結果，這是一種極大地浪費。減少重復性的電壽命試驗，節省資金。

4 結語

（1）真空斷路器開斷短路電流后在工頻恢復電壓下易擊穿，三相直接試驗、單相直接試驗和單相合成試驗由于工頻恢復電壓等的差異，試驗結果將可能不同。因而對真空斷路器應規定更詳細的試驗條件或改進現有的試驗方法。

（2）在合分試驗中即使合閘扣不住也不影響分的開斷能力,遇到這種情況應調機構并單獨關合試驗,以考核試品能否關合到位。

（3）用合成法作分—0．3s—合分試驗，第一次分后的工頻恢復電壓大大低于試驗電壓，對試品的考核不夠。用合成法作合—分試驗時由于合的電壓不夠，觸頭的電侵蝕輕。

（4）真空開斷短路電流的電壽命試驗是考核真空斷路器新產品性能的手段，已經通過電壽命試驗的真空斷路器，不管裝在哪一廠家生產的柜體中，只要裝在柜中的斷路器空載機械特性除在技術條件規定范圍內，可以只作短路方式4的試驗而不作電壽命試驗。

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[2]王季梅．真空滅弧室設計制造及其應用[M]．西安交通大學出版社,1998．1．

[3]田利明．關于簡化高壓開關設備型式試驗項目的規定[J]．1996．3．

[4]金立湘．GB3906-89交流金屬封閉開關設備[S]．1996．10．

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1671-0711（2017）08（下）-0073-02