真空斷路器斷流容量試驗(yàn)問(wèn)題分析

齊英

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司萊陽(yáng)市供電公司，山東 萊陽(yáng) 265200）

真空斷路器斷流容量試驗(yàn)問(wèn)題分析

齊英

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司萊陽(yáng)市供電公司，山東 萊陽(yáng) 265200）

真空斷路器開(kāi)斷短路電流后在工頻恢復(fù)電壓下易擊穿,由此引起三相、單相直接試驗(yàn)和單相合成試驗(yàn)之間的差異。因而對(duì)現(xiàn)有的非三相直接試驗(yàn)法應(yīng)作更詳細(xì)的規(guī)定，或改進(jìn)試驗(yàn)方法；已經(jīng)通過(guò)電壽命試驗(yàn)的真空斷路器，無(wú)論裝在哪一廠(chǎng)家生產(chǎn)的柜體中，只要裝在柜中的斷路器的空載機(jī)械特性處在技術(shù)條件規(guī)定的范圍內(nèi)，可以只作短路方式四的試驗(yàn)而不需再作點(diǎn)壽命試驗(yàn)。

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(zhǎng)、不用檢修等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在我國(guó)10kV和35kV電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，10kV真空斷路器已經(jīng)做到開(kāi)斷短路電流50kA、35kA真空斷路器開(kāi)斷25kA，開(kāi)斷電流還在增大。

真空斷路器的科研、生產(chǎn)帶動(dòng)了試驗(yàn)。我國(guó)斷流容量試驗(yàn)室的容量都不大，對(duì)10kV產(chǎn)品可作三相直接試驗(yàn)，對(duì)35kV產(chǎn)品最大可作到25kA單相試驗(yàn)。超過(guò)25kA的需作單相合成試驗(yàn)。真空斷路器與空氣、油、六氟化硫斷路器明顯不同的一點(diǎn)就是開(kāi)斷短路電流后在工頻恢復(fù)電壓下觸頭間隙容易擊穿。因而三相直接試驗(yàn)、單相直接試驗(yàn)和單相合成試驗(yàn)會(huì)由于工頻恢復(fù)電壓的不同，觸頭間隙擊穿的情況也不同，不同試驗(yàn)方法所得結(jié)果之間就無(wú)法比較。

開(kāi)斷額定短路開(kāi)斷電流次數(shù)（即電壽命）試驗(yàn)是真空斷路器新產(chǎn)品型式試驗(yàn)的重要內(nèi)容，它是考核新產(chǎn)品在滅弧室結(jié)構(gòu)、觸頭材料、滅弧室與機(jī)構(gòu)的機(jī)械特性配合等方面的主要手段，產(chǎn)品多年不檢修的標(biāo)志，對(duì)于新產(chǎn)品這是完全必要的；但是對(duì)于已經(jīng)做過(guò)電壽命試驗(yàn)的真空斷路器，只因裝在不是同一廠(chǎng)家生產(chǎn)的開(kāi)關(guān)柜中，卻要求再做電壽命試驗(yàn)，其必要性不大，且浪費(fèi)了大量人力和物力，也不能用來(lái)提高產(chǎn)品質(zhì)量，本文將對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行分析。

1 工頻電壓下的擊穿

真空斷路器開(kāi)斷電流之后在工頻恢復(fù)電壓下觸頭間隙有時(shí)會(huì)發(fā)生擊穿。大致有以下幾種情況：擊穿之后只有高頻電流通過(guò)，這種高頻電流是附近母線(xiàn)的雜散電容對(duì)觸頭間隙的放電電流，這種現(xiàn)象被稱(chēng)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(qiáng)，間隙很快恢復(fù)到絕緣狀態(tài)。另一種情況是間隙擊穿流過(guò)一個(gè)工頻半波電流之后即恢復(fù)到絕緣狀態(tài)。有時(shí)發(fā)生多次擊穿，每次只流過(guò)一個(gè)工頻半波電流。

工頻恢復(fù)電壓下?lián)舸┑母哳l電流如果很大，且負(fù)載中性點(diǎn)不接地，易引起三相電流截流，開(kāi)斷感性負(fù)荷時(shí)可能產(chǎn)生截流電壓。開(kāi)斷容性負(fù)荷時(shí)，由于真空斷路器開(kāi)斷高頻電流的能力強(qiáng)，再重燃高頻電流的第一個(gè)半波就可能將其開(kāi)斷，因而重燃過(guò)電壓高，多次重燃產(chǎn)生的過(guò)電壓更高，觸頭間隙擊穿還可能引起繼電保護(hù)的誤動(dòng)。

2 關(guān)合試驗(yàn)扣不住

斷路器關(guān)合適量逢系統(tǒng)短路時(shí)，繼電保護(hù)會(huì)發(fā)出分閘命令使斷路器分閘。從短路開(kāi)始到斷路器觸頭分離的時(shí)間稱(chēng)為金屬短路時(shí)間。從系統(tǒng)穩(wěn)定、減少故障損失的要求出發(fā)，希望金屬短路時(shí)間越小越好，但是對(duì)斷路器而言卻要求這個(gè)時(shí)間有一定的值以保證斷路器的分合閘線(xiàn)圈的輔助接點(diǎn)得以轉(zhuǎn)換，使分閘脈沖可以進(jìn)入分閘線(xiàn)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(kāi)斷做好準(zhǔn)備。

以短路發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)作電源試驗(yàn)時(shí)，為了減少短路電流和恢復(fù)電壓的衰減，希望金屬短路時(shí)間不要太長(zhǎng)，10kV真空斷路器作三相分合試驗(yàn)時(shí)有時(shí)會(huì)發(fā)生合閘扣不住。金屬短路時(shí)間極短，只有兩三個(gè)工頻半波，這時(shí)斷路器的分閘脈沖還未發(fā)出，因?yàn)檩o助接點(diǎn)還未來(lái)得及轉(zhuǎn)換，而機(jī)構(gòu)沒(méi)有扣住，觸頭又被彈開(kāi)。真空斷路器沒(méi)有回油、回氣的要求，在這種情況仍能正常開(kāi)斷，合分試驗(yàn)主要是考核合閘對(duì)分閘的影響，金屬短路時(shí)間、開(kāi)關(guān)又能開(kāi)斷，說(shuō)明開(kāi)關(guān)的性能更好，短路試驗(yàn)之前的空載試驗(yàn)，金屬短路時(shí)間是正常的。

出現(xiàn)上述情況是電動(dòng)力的作用。盡管合分試驗(yàn)的分能開(kāi)斷，但是實(shí)際上并未合閘到位，由于是直接試驗(yàn)，沒(méi)有單獨(dú)關(guān)合試驗(yàn)的要求，所以上述情況應(yīng)判為關(guān)合試驗(yàn)不合格，遇到這種情況應(yīng)查清原因不作關(guān)合試驗(yàn)。

3 開(kāi)斷額定短路開(kāi)斷電流的電壽命試驗(yàn)

電壽命可分為開(kāi)斷額定電流的和開(kāi)斷額定短路電流的電壽命。本文只討論開(kāi)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(kāi)斷的起始階段，穩(wěn)定燃弧階段以及短路關(guān)合過(guò)程。影響電侵蝕的因素有觸頭材料、磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)及機(jī)械特性（分合閘速度、壓頭壓力、關(guān)合時(shí)觸頭彈跳等），這些是本身的條件。影響電壽命的試驗(yàn)條件主要是短路電流、工頻恢復(fù)電壓、燃弧時(shí)間等。短路電流大，燃弧時(shí)間長(zhǎng)，觸頭電侵蝕就嚴(yán)重。工頻恢復(fù)電壓高，開(kāi)斷短路電流之后觸頭間隙應(yīng)擊穿。

3.1 三相試驗(yàn)和單相試驗(yàn)

對(duì)10kV真空斷路器按中性點(diǎn)不接地條件進(jìn)行三相直接試驗(yàn)時(shí)，首開(kāi)相開(kāi)斷后，經(jīng)過(guò)5ms二、三相同時(shí)開(kāi)斷。首開(kāi)相承受1．5倍相電壓的時(shí)間只有5ms，以后只承受相電壓。二、三相在首開(kāi)相滅弧后短路電流減少為首開(kāi)相的87%。

合成試驗(yàn)恢復(fù)電壓開(kāi)始時(shí)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(gè)工頻半波減少5%。由于衰減，點(diǎn)火球?qū)⒃陔妷狠^低時(shí)熄弧，因而工頻恢復(fù)電壓只能維持0．1s左右。

可見(jiàn)三相直接試驗(yàn)、單相直接試驗(yàn)、單相合成試驗(yàn)，在機(jī)械特性、短路電流、工頻恢復(fù)電壓、燃弧時(shí)間方面都有差異。同一產(chǎn)品用以上三種不同的方法作試驗(yàn)可能產(chǎn)生不同的結(jié)果。相對(duì)而言，以三相直接試驗(yàn)為準(zhǔn)，單相直接試驗(yàn)較嚴(yán)，電相合成試驗(yàn)如果不計(jì)電流零區(qū)等價(jià)性，其嚴(yán)酷程度處在三相直接試驗(yàn)和電相直接試驗(yàn)之間。

在分—0．3s—合分試驗(yàn)中，第一次分后的工頻恢復(fù)電壓是電流源電壓，此電壓大大低于試驗(yàn)電壓，如果在直接試驗(yàn)第一次分后觸頭間隙發(fā)生工頻電壓下的擊穿（這是時(shí)有發(fā)生的），則在合成試驗(yàn)時(shí)就可能不會(huì)出現(xiàn)。

在真空滅弧室的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定開(kāi)斷額定短路電流的電壽命，分與合分（包括自動(dòng)重合閘）的次數(shù)相同。如果用單相合成試驗(yàn)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(yàn)電壓）進(jìn)行的。由于關(guān)合電壓低，觸頭與擊穿距離小，預(yù)燃弧時(shí)間也短，電弧能量小，產(chǎn)生的噴減少，電侵蝕輕。

綜上所述，考慮到三相直接試驗(yàn)、單相直接試驗(yàn)和單相合成試驗(yàn)在機(jī)械特性、短路電流、工頻恢復(fù)電壓和燃弧時(shí)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(kāi)斷電流開(kāi)斷次數(shù)而不考慮試驗(yàn)方法來(lái)考核電壽命是不夠的。解決的方法是改進(jìn)試驗(yàn)方法，使其更符合關(guān)實(shí)際運(yùn)行條件；或在現(xiàn)有試驗(yàn)條件的基礎(chǔ)上提出更詳細(xì)的電壽命試驗(yàn)要求。

3.2 開(kāi)關(guān)柜的電壽命試驗(yàn)

對(duì)開(kāi)關(guān)柜而言，機(jī)構(gòu)對(duì)開(kāi)斷性能的影響比柜體大得多，更換機(jī)構(gòu)（當(dāng)空載機(jī)械特性相同時(shí)）不用做電壽命試驗(yàn)，換了柜體必須做電壽命試驗(yàn)。進(jìn)行短路試驗(yàn)之前，開(kāi)關(guān)柜必須先做機(jī)械調(diào)整和空載特性測(cè)量，使其機(jī)械特性處在技術(shù)條件規(guī)定的范圍之內(nèi)，只要作到這點(diǎn)，不同廠(chǎng)生產(chǎn)的柜體對(duì)開(kāi)斷性影響的差別就不存在了，從而對(duì)電壽命影響的差別也不復(fù)存在。

我國(guó)目前生產(chǎn)真空斷路器的廠(chǎng)多于生產(chǎn)滅弧室的廠(chǎng)，生產(chǎn)真空開(kāi)關(guān)柜的廠(chǎng)多于生產(chǎn)真空的廠(chǎng)，因而多數(shù)真空開(kāi)關(guān)柜配用的真空斷路器不是由本廠(chǎng)生產(chǎn)的。大量真空開(kāi)關(guān)柜電壽命試驗(yàn)使用少數(shù)真空斷路器廠(chǎng)生產(chǎn)的真空和更少量的真空滅弧室，結(jié)果是少量的真空和更少量的真空滅弧室被重復(fù)用來(lái)做電壽命試驗(yàn)。

如前所述，由不同試驗(yàn)方法得出的試驗(yàn)結(jié)果不同，這就使得試驗(yàn)結(jié)果之間無(wú)法比較。如此大量的電壽命試驗(yàn)花費(fèi)巨大的人力和財(cái)力，卻得不到應(yīng)有的結(jié)果，這是一種極大地浪費(fèi)。減少重復(fù)性的電壽命試驗(yàn)，節(jié)省資金。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）真空斷路器開(kāi)斷短路電流后在工頻恢復(fù)電壓下易擊穿，三相直接試驗(yàn)、單相直接試驗(yàn)和單相合成試驗(yàn)由于工頻恢復(fù)電壓等的差異，試驗(yàn)結(jié)果將可能不同。因而對(duì)真空斷路器應(yīng)規(guī)定更詳細(xì)的試驗(yàn)條件或改進(jìn)現(xiàn)有的試驗(yàn)方法。

（2）在合分試驗(yàn)中即使合閘扣不住也不影響分的開(kāi)斷能力,遇到這種情況應(yīng)調(diào)機(jī)構(gòu)并單獨(dú)關(guān)合試驗(yàn),以考核試品能否關(guān)合到位。

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

（4）真空開(kāi)斷短路電流的電壽命試驗(yàn)是考核真空斷路器新產(chǎn)品性能的手段，已經(jīng)通過(guò)電壽命試驗(yàn)的真空斷路器，不管裝在哪一廠(chǎng)家生產(chǎn)的柜體中，只要裝在柜中的斷路器空載機(jī)械特性除在技術(shù)條件規(guī)定范圍內(nèi)，可以只作短路方式4的試驗(yàn)而不作電壽命試驗(yàn)。

[1]李海．JB 385-85 10kV 戶(hù)內(nèi)高壓真空斷路器通用技術(shù)條件[S],1996．11．

[2]王季梅．真空滅弧室設(shè)計(jì)制造及其應(yīng)用[M]．西安交通大學(xué)出版社,1998．1．

[3]田利明．關(guān)于簡(jiǎn)化高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備型式試驗(yàn)項(xiàng)目的規(guī)定[J]．1996．3．

[4]金立湘．GB3906-89交流金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備[S]．1996．10．

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1671-0711（2017）08（下）-0073-02