斷路器的性能綜述

吳佳闊+高陽+高廣政+鐘宏宇+趙家志+趙俊

摘 要：在電力系統配電網絡中，10kV等級的開關斷路器是最重要的設備之一，其數量龐大、分布十分廣泛，對該電壓等級斷路器的運行狀態進行試驗研究、對其性能和壽命做出分析評判有十分重要的意義。本文從機械性能、絕緣性能和電氣性能三方面評判斷路器的性能。對提高斷路器運行的可靠性與穩定性具有重要意義。

關鍵詞：10KV斷路器；機械性能；絕緣性能；電氣性能；可靠性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.148

1 引言

在電力系統中，斷路器是非常重要的電器設備之一，作用是用來實現電力線路的關合、開斷、保護和控制[1-5]。如果它們在運行中發生故障或者誤動作，將會造成十分嚴重的后果，則會影響到電力系統穩定的正常運行。在電力系統配電網絡，10KV斷路器是重要設備之一，其數量龐大、分布十分廣泛，發生故障的幾率比較高，危害也是比較大的。1999-2007年發生的1500次事故，按斷路器的電壓等級進行劃分，可以發現，10KV等級的斷路器發生909次故障，所占比例則高達60.6%[6]。可見比重之大。所以研究斷路器的性能具有十分重要的意義。

在實際運行中，有許多因素會造成斷路器的性能降低、壽命縮短，還可能導致故障，這些因素主要有機構零部件的磨損和卡澀、絕緣件的絕緣性能降低、電觸頭的燒蝕磨損、波紋管的疲勞銹蝕等。因此，多項試驗對斷路器進行分析研究，期望得到對斷路器運行一段年限后性能和壽命狀況的一個技術評判[7]。

2 斷路器的性能

2.1 斷路器的絕緣性能

對于高壓開關來說，其中一個很重要的質量指標是絕緣性能，其對設備和人身安全起到十分重要的作用。當絕緣失效，就會造成對地或者相間的短路，當電弧在無拘束時，會造成巨大的經濟損失，還會對人造成傷害等事故，所以，對斷路器絕緣壽命的評判十分重要，電力部門的交接試驗、出廠試驗、高壓開關的型式試驗和電力部門的交接試驗中，高壓開關的絕緣性能試驗都是必試項目。對斷路器試品進行局部放電測量試驗和工頻耐壓試驗，并在一次回路絕緣件，進行局放測量，用來評判其在運行一段時間后的局部放電水平和耐壓水平。

想要考查斷路器的絕緣性能，可以安排的試驗有：斷路器的耐壓實驗、斷路器整體的局部放電實驗、絕緣件的局部放電實驗、滅弧室的耐壓實驗。局部放電是指在電場作用下發生在絕緣體內局部區域中的放電現象，而絕緣體整體部分并未發生貫穿性放電，仍保持絕緣的性能。各種有機絕緣材料的廣泛應用，開關設備電壓等級的提高，對于電力設備來說，局部放電問題十分的嚴重。局部放電是造成絕緣劣化的重要原因，因此，對于開關設備的安全穩定運行來說，局部放電進行有效檢測具有重要意義。

2.2 斷路器的機械性能

對于機構等可動部件來說，長久放置也可能引起潤滑油老化，零部件銹蝕及潤滑油老化等，斷路器多次分合會造成機械磨損，因此我們需要評估斷路器的機械性能。通過操動機構零部件的檢測、機械動作試驗、波紋管表面銹蝕（斑）點觀察和電鏡能譜分析、低電壓動作試驗、滅弧室真空度等參數測量，用來評判斷路器的機械性能。

想要考查斷路器的機械性能，可以安排的試驗有：滅弧室真空度等參數測量、機械特性試驗、低電壓動作試驗、波紋管表面銹蝕（斑）點觀察和電鏡能譜分析操動機構零部件的檢測。

2.3 斷路器電性能

電壽命的問題，指的是斷路器運行時長期通過電流，可引起一次回路零件絕緣件性能劣化，短時分合電流時，電弧會使觸頭燒損，導致滅弧室的電氣性能降低，這就有了滅弧室和斷路器的電氣使用壽命。通過主回路電阻測量、溫升試驗和滅弧室接觸電阻測量來評判斷路器的長期通流能力；開斷關合電流試驗，考查斷路器開斷關合大電流的能力；最后對觸頭淺表層結構和縱剖面結構進行理化分析并檢測屏蔽筒附著物成分，掌握滅弧室在開斷大電流后觸頭和屏蔽罩的燒蝕狀況。

為考查斷路器的電性能，可以安排的試驗有：滅弧室接觸電阻測量、觸頭淺表層結構掃描電鏡和能譜分析及縱剖面金相結構電鏡觀察、溫升和主回路電阻試驗、開斷關合電流試驗、屏蔽筒附著物成分檢測。

3 斷路器性能分析

本文從機械性能、絕緣性能、電氣性能三方面對斷路器的質量和性能進行評判。通過斷路器的耐壓和局放試驗、機械動作實驗和操動機構中相關零部件的拆解分析、溫升試驗、回路電阻測量和開斷關合電流試驗等，獲得斷路器的機械特性參數、機構零部件尺寸變化、局放TEV數值等一系列很有價值的數據。利用項目研究的相關數據和EMTDC電力系統仿真軟件中建立的斷路器模型，對斷路器的性能及使用壽命進行建模分析。

4 結論

研究斷路器的絕緣性能、機械性能、電性能，從而能夠更好的判斷斷路器運行的可靠性。對于判斷路器運行狀態的研究具有的重大意義。

參考文獻：

[1]高陽，賀之淵，王成昊等.一種新型混合式直流斷路器[J].電網技術，2016，40（05）：1320-1325.

[2]仇煒，黃懷輝，高春河等.10kV開關柜局部放電測量與缺陷分析[J].電氣開關，2012，50（06）：57-61.

[3]饒宏.南方電網大功率電力電子技術的研究和應用[J].南方電網技術，2013（01）：1-5.

[4]王俊波，章濤，李國偉.在線檢測10kV開關柜局部放電方法研究[J].絕緣材料，2011，44（06）：60-64.

[5]黎斌.斷路器電壽命的折算、限值及其在線監測技術[J].高壓電器，2005，41（06）：428-433.

[6]Balestreor Andrea，Ghezzi Luca，Popov Marjan，van der Sluis Liu.Current Interruption in Low-Voltage Circuit Breakers.IEEE Transactions on Power Delivery， 2010，25（01）：206-211.

[7]BreHold David，Matwijec Patricia，RULES FOR TAPPING molded case circuit breakers. Consulting-Specifying Engineer，2010， 47（03）：47-50.

作者簡介：吳佳闊（1992-），男，遼寧海城人，研究生，研究方向：風力發電。endprint