断路器机械结构及其动态过程研究

断路器机械结构及其动态过程研究

杜平，李伟

国网内江供电公司 641100

摘要：高压断路器是电源系统运行的重要执行因素，是故障判断、故障排除和参数测量频率高的重要电气设备。在社会经济的快速发展中，人们对供电质量提出了更高的要求。改善电力设备监控，确保断路器的稳定运行，已成为相关电力工人需要思考和解决的问题。本文基于断路器机械结构及其动态过程研究展开论述。

关键词：断路器；机械结构；动态过程研究

引言

从工作内容形式上看，断路器主要由四个部分组成，分别为导电、绝缘、接触系统和灭弧装置部分以及操作系统，断路器在工作中的正常运转形态正是依托于以上部分。导通电流作用的承担者是导电部分，其主要作用不只是保证电流长时间的流通，在功能上与承担压力上要经受超负荷与短路电流以及其他不正常的电流等，保证正常断路器正常工作状态；用于工作维修人员人身安全保护的措施主要依靠绝缘部分完成，绝缘在形式上包含了端口、对地与相间绝缘等；断路器在运行过程中开合操作由接触系统和灭弧装置完成，这两部分也可用于衡量开合闸的能力；在断路器中的控制触头的断开与接通操作主要是由操作系统完成，其保障了断路器的正常运转的速度与时间。

1高压断路器的原理

断路器用于在正常运行时打开或关闭电路，故障情况用于在继电保护装置运行时快速断开电路，在特殊情况下(例如，自动匹配故障线路时)稳定地打开短路电流。高压断路器是电力系统稳定运行的重要控制装置，是在正常或故障情况下打开或关闭高压电路的专用电气装置。负责在特定应用过程中稳定电流，及时发现和解决电力系统故障的功能，不仅切断和关闭高压电路的空载电流和负载电流，还具有发生故障时系统通过继电器的保护装置。高压真空断路器在关闭的情况下由接地绝缘接地，如果真空断路器连接的线路上发生永久接地故障，则在断路器操作跳闸后接地故障点未清除的情况下，电动总线的接地绝缘也可以承受该断路器破坏的真空间隙。各种缺陷分离后，无需破坏，一对触摸之间的真空绝缘间隙可以承受各种恢复电压的作用。高压断路器的应用效果主要体现在两个方面。1)高压断路器的控制作用。高压断路器与电源系统一起工作，必要时操作或关闭所有电气设备和部门线路。2)高压断路器保护。电源系统运行出现故障时，高压断路器与保护装置、自动装置配合工作，及时消除系统中的故障，减少危害，防止事故扩大。

2断路器控制回路断线的原因分析

(1)控制电源空开跳开，TWJ、HWJ失磁，TWJ和HWJ常闭接点闭合，发信回路接通，控制回路断线信号报出。控制回路断开信号不监视整个控制回路的完好性。在当前情况下，根据制造商的设计，控制电路断开信号只是监视保护屏幕外的二次电路和开关设备箱内电路的完整性。没有控制回路断线信号并不意味着整个电路没有问题。导致控制电源空开跳开有多方面原因造成的:控制回路绝缘不良;线圈阻值严重偏小，一般在200Ω左右，根据处理相关问题的经验，发现有的线圈有匝间短路现象，阻值在10Ω甚至更小值。(2)分、合闸线圈损坏，回路不通。在对高压断路器的操作过程中，跳、合闸线圈烧毁的情况时有发生。目前的微机保护控制回路大部分都带有分、合闸自保持回路，不论是手动操作，还是自动操作。只要分闸或合闸命令发出以后，分闸或合闸回路就一直处于自保持状态，直到断路器断开或合上以后，依靠断路器辅助接点的切换，断开分闸或合闸回路合闸电流。如果断路器由于种种原因没有断开或合上，或者是分开或合上以后断路器辅助接点没有切换到位，则分闸或合闸保持回路将一直处于保持状态，这样一直持续下去，将会把分闸或合闸线圈烧毁，对于电磁机构，将会同时烧毁合闸接触器线圈与合闸线圈。

3无故障电弧下的信号特征

实验负载条件I、负载条件II、负载条件III是正常作业信号，某些信号具有正常作业弧，没有瑕疵弧现象。根据上述波形，正常工作信号具有1)负载条件I下电流波形首次开始的高峰值，然后电流波形逐渐减少，逐渐稳定，电流波形不包括高频分量。如果钨灯是负载，则电流波形是正弦波。以空气压缩机为负荷，电流波形有一定的变形。2)在负载条件II中，如果采用开关设备，打开和断开开关，则存在正常操作电弧，因此测试的电流波形明显包含高频电弧组件。但是真空吸尘器、电熨斗、钨灯只出现在电流波形的电弧成分人为操作开关的瞬间，因此不重复自己，电弧出现的间隔很长。3)在载荷条件III中，四种实验的波形都引起了很大的扭曲。调光器和调速器通过晶闸管斩波改变斩波相位以调节输入电压的方式工作，因此波形的每个半波周期都存在斩波特性，并且有规律地出现，但不包含高频成分。开关电源的电流波形可能有明显的平面凸肩，接近于外观缺陷弧波形，唯一的区别是平面凸肩附近没有高频组件。

4在线检测

灭弧室真空度在线监测就是要在不改动断路器主体结构以及在带电的前提下（无论断路器处在关合或分断状态）都可以实时监测其真空度的变化。在线检测应避免高压真空断路器的高电场和强磁场的影响。在21世纪初，由于真空灭弧室的制造工艺不成熟，漏气率在万分之三以上。断路器真空度在线监测技术曾经得到很多高校研究人员的重视。目前在线监测的方法包括光电变换法、耦合电容法、基于局部放电的屏蔽罩电位法、高频脉冲法、基于潘宁放电原理的检测方法等。光电变换法利用“电光效应”原理，检测光传感器在不同电场中光学性能的变化来判别真空状态的，再经光纤传到低电场区或控制系统中进行检测，适用于10-1Pa以上的真空度。该方法的缺点在于元件成本高、不适于大批量使用、工作稳定性差。耦合电容法通过屏蔽罩和触头间的等效电容C1、屏蔽罩和传感器之间的电容C2以及分压电容C3内部电荷移动与电压的关系，判断真空度。这种方法能够实现在线检测、预先报警等功能，元件使用寿命长、成本低且抗干扰能力强，是主要的在线检测手段之一，较适合罐式断路器。该系统在“耦合电容法”的基础上，应用AVR单片机的信号采集处理系统，实现对灭弧室的真空度进行在线检测。该检测方法利用离子流的大小和气体压强的关系计算真空度。该方法对真空断路器进行了设备改装，在真空灭弧室内植入真空度传感器，并利用光纤通信传输信号给DSP，计算真空度变化情况。此方法测量精度高，适用于高压强电磁场环境下对真空度的测量。脉冲电流法应用比较广泛,是具备国际标准的方法。该方法基于局部放电理论，通过采集电极与屏蔽罩间的脉冲电压，判断真空度大小。

结束语

断路器处于正常运转的工作状态中时，整个电路中的电流数值为额定电流数值，主要开关的闭合与断开工作也可正常实现运转。但一旦断路器中的电流无法由电力系统正常提供时，在电网中极容易出现短路电流，短路电流的出现导致电动力成倍增加，进而干扰触头的工作，导致其无法完成正常的开关闭合操作，严重情况下还会导致触头的损坏，所以针对操作结构提出了新的功能要求，即克服线路中的短路情况。

参考文献

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