断路器机械特性参数调试探讨

断路器机械特性参数调试探讨

崔建华

国网阳泉供电公司 山西省 阳泉市 045000

摘要：随着经济和各行各业的快速发展，电力行业发展也十分快速。断路器在电力系统中担负着控制和保护的双重任务，其性能的优劣直接关系到电力系统的安全运行，机械特性参数是判断断路器性能的重要参数之一。断路器机械特性测试主要有分／合闸动作电压测试、分／合闸速度测试、时间参量测试。随着电力行业的发展，对断路器机械特性参数测试的要求越来越高，现场检修也常发现断路器机械特性不合格。为提高现场检修处理故障的效率，本文分析常规弹簧机构断路器机械特性涉及的各项重要技术参数特点，并结合现场检修经验探讨其调试。

关键词：断路器；机械特性；调试

引言

高压断路器机械参数是判断断路器性能的重要指标。在断路器安装投入运行前或检修后，按规程要求必须进行机械参数测试。目前，在用的断路器机械参数测试装置以单片机为核心器件，理论上单片机不能同步测量断路器多个断口合/分闸时间，存在不可消除的系统误差与随机误差。分析常规弹簧机构断路器机械特性涉及的各项重要技术参数特点，结合现场检修经验探讨其调试。

1断路器工作原理

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。操动机构在断路器工作状态下的主要特点与分类情况如下。手动操动机构：常被应用于12V以下电压以及开断电流较小的情况下。简单化的操作可完全不需要合闸电源的参与，生产相对容易，前期投入成本数额少。但是此操作系统在操作中的安全性较差，难以完成自动的合闸。电磁操动机构：适用范围是油断路器，其操作电压范围为126kV，这一结构在实践中的应用时间较长，有大量的操作经验，且相比于其他操动机构有更加简单的结构，但是工作的前提条件是必须拥有功率较大的直流电源。弹簧操动机构：常适用的断路器型号为中小型，对电源的容量要求较低，即使在电流供应不足的情况下依然可以为断路器提供一次操动机会。但是相比于其他操动机构，其结构更加繁琐且投入成本巨大。气动操动机构：常应用的环境为空压设备，即使在电源不供电时依然可进行多次的操动，所需的直流电压要求较低。使用过程中必须配合空压设备，但其本身的结构构成并不简单。液压操动机构：适用范围是高压断路器，电压为126kV以上，拥有极强的开断能力，即使在电源不供电时依然可进行多次的操动，完全不依靠直流电压。操动机构自身的精度与成本很高。

2分／合闸速度

断路器的分／合闸速度直接影响断路器的关合和开断性能。分／合闸速度过快会增加操作机构的负担，机构元件的强度及振动问题都将变得较突出，导致寿命降低；当分闸速度不足时，会出现过长的电弧燃烧时间，增大断路器内存压力，可能让触头烧坏，严重者可使断路器爆炸；当合闸速度不足时，在动触头接近静触头时预击穿时间被延长，可能造成触头熔焊。速度的求取主要取分／合闸过程中某区间段内的平均速度或某点的瞬时速度。目前，断路器的种类较多，各厂家对断路器速度的定义不同，现场应按厂家的要求进行测试。测试过程中速度传感器的安装质量是关键，对测试数值影响极大。断路器速度主要与操作能量、传动机构、本体结构有关。弹簧弹力不足、传动机构卡涩、超行程偏大、触指压力过大都会降低速度。现场主要通过调整断路器弹簧弹力的大小及传动机构的润滑度来改变速度的大小，断路器超行程及触指压力一般在厂内调整。值得注意的是，弹簧机构的断路器在合闸弹簧释放能量时进行合闸，同时也对分闸弹簧储能，分闸弹簧弹力的大小会直接影响合闸速度，而合闸弹簧弹力的大小只影响分闸弹簧储能，不影响分闸速度，所以在调整合闸速度前应先调整好分闸速度。

3时间同期性

断路器时间同期分为相间的同期及同相各断口间的同期。相间的同期指断路器各相间分／合闸时间中的最大差值；同相各断口间的同期指同相各断口间分／合闸时间的最大差值。规程规定，分闸不同期的最大值为３ｍｓ，合闸不同期的最大值为５ｍｓ，相间各端口不同期的最大值为２ｍｓ。分／合闸同期过大，使系统在短时间内处于非全相运行状态时有以下影响：非同期加大重合闸时间，不利于系统稳定；在中性点直接接地系统中，分／合闸不同期会引起零序电流，可能使线路的零序保护误动作；在中性点不接地系统中，两相运行会引起负序电流，使三相电流不平衡，个别相电流超过额定值；在中性点经消弧线圈接地的系统中，断路器分／合闸不同期产生的零序电压、电流和负序电压、电流会引起中性点偏移，使三相电压不平衡。个别相电压、电流升高对断路器自身而言会使熄弧困难，从而影响电气寿命。多断口断路器采用多断口降低断口电压，增大弧隙电阻，从而提高熄弧能力，主要应用在５００ｋＶ以上长距离输电线路工程。多断口断路器同相各断口间分闸同期过大则降低熄弧能力，合闸同期过大则延长燃弧时间，从而影响电气寿命。断路器的同期性对系统稳定运行及电气寿命极为重要。２２０ｋＶ及以上电压等级断路器为了满足单相重合闸的要求，大多采用分相操作机构，调整相间同期性主要靠调整各相的分／合闸时间。２２０ｋＶ以下电压等级断路器主要是单相操作机构，调整相间同期性主要靠调整分／合闸的传动连杆，调整同相各断口间的同期性也主要靠调整分／合闸的传动连杆。

4分合闸线圈电流监测

许多非常重要的信息都包含在分合闸线圈的波形中，可以用于诊断机械故障。本次通过霍尔磁平衡式电流传感器来监测，主要目的是为了不改变现有状态下的整流电路。但是这样整流桥前后的一些电流波形中所包含的信息量将会保持不变。这是因为只经过了整流电路所致。在电磁铁吸合的过程中，可通过第二阶段T1-T2看出，当衔铁的速度慢慢增长时，主导地位将会被运动反电动势占据，其中电流很显然在开始减小。因此可得出一个结论，线圈的参数以及衔铁运动的速度，决定了电流减小的幅度和速率。当衔铁运动到触及负载而速度减小，运动反电动势则会慢慢下降，直至吸合位置后，运动反电势将再一次变为零。这时机械运动的过程结束，而在新的基础上，线圈的电流则会重新增长。因此，在T1-T2这段时间，可以看出在运动的过程中电磁铁芯会不会出现一些故障。以后经过电磁过渡过程T2-T3，线圈电流和磁通逐渐增长，直至达到它们的稳态值。当动作过程全部完成时，将打开主回路的辅助触点，电流又按指数规律下降至零。。要分析分合闸线圈电流的采样数据，可以统计分合闸次数、分合闸时间（接到动作命令到主触头打开的时间）、分合闸状态、辅助触点状态和储能电机启动次数。这都属于开关量信息，可由智能单元直接采集计算。

结语

（１）测试机械特性参数时，断路器应在额定压力下，操作应在额定工况下。（２）测量前应断开断路器控制回路直流电源，以防止试验电源对系统直流产生影响。（３）断开控制回路直流电源后，应核实二次回路确无电压，确定分合闸线圈回路端子，若测量中需拆开二次引线，则在拆前应做好记录，测量完成后立即恢复。

参考文献

[1]高压交流断路器：GB1984—2014[S].

[2]高电压测试设备通用技术条件：DL/T846.3—2004[S].