真空斷路器合閘彈跳淺析

龐日成?張月圓

摘 要：合閘彈跳是真空斷路器的一個重要機械特性參數(shù)，在合閘彈跳過程中，確保其可靠性、穩(wěn)定性是非常重要的。本文介紹了真空斷路器的合閘彈跳的定義，分析了影響真空斷路器合閘彈跳值大小的因素，并結(jié)合多年調(diào)試真空斷路器的實踐經(jīng)驗，總結(jié)出了幾種減小真空斷路器合閘彈跳的方法。

關(guān)鍵字：真空斷路器；合閘；彈跳

合閘彈跳在GB和IEC標準中并無明確定義，一般理解為合閘彈跳是指斷路器在合閘過程中動觸頭與靜觸頭碰撞接觸后被反作用力推開，然后再接觸再被推開的現(xiàn)象。該過程經(jīng)過幾次反復(fù)的運動，最終在允許的時間范圍內(nèi)停止，合閘彈跳與短路電流大小沒有關(guān)系。合閘彈跳是真空斷路器特有的一個現(xiàn)象，之所以能產(chǎn)生彈跳，是由真空斷路器自身的結(jié)構(gòu)決定的，因為真空斷路器動靜觸頭的接觸方式是平面對接式的，而不像SF6斷路器那樣采用插入式接觸，在合閘接觸碰撞后必然會有彈跳現(xiàn)象。像斷路器、負荷開關(guān)等開關(guān)結(jié)構(gòu)，都是通過動觸頭與靜觸頭的接觸來實現(xiàn)電流的開斷與接通的，動靜觸頭在接觸時，如果速度過慢就會產(chǎn)生很大的拉弧現(xiàn)象，對觸頭的危害很大，很容易燒毀觸頭，所以在分合閘時必須保證有足夠的速度。然而速度是用力來保證的，速度越快，相應(yīng)的力就越大，相互碰撞接觸的銅觸頭的彈性勢能也就越大，這就是所謂的合閘彈跳。合閘彈跳時間是指斷路器在合閘時，觸頭從剛接觸的一瞬間開始計時，經(jīng)過完全接觸，隨后產(chǎn)生分離，這樣反反復(fù)復(fù)的觸離，直到最后達到穩(wěn)定接觸之間的時間。從本質(zhì)上說，這是一種受迫阻尼振蕩，振蕩的頻率、振幅取決于動觸頭系統(tǒng)的質(zhì)量、速度、彈簧的倔強系數(shù)及碰撞后的阻尼情況。在實際運行過程中，當然合閘彈跳越小越好，這樣會使動靜觸頭的有效接觸面積增大。但是究竟小到什么程度呢，也沒有一個很明確的標準。很多真空斷路器廠家將合閘彈跳時間規(guī)定為小于2ms，之所以要小于2ms，主要是因為合閘彈跳的瞬間會引起電力系統(tǒng)或設(shè)備產(chǎn)生LC高頻振蕩，振蕩產(chǎn)生的過電壓對電氣設(shè)備的絕緣可能造成傷害甚至損壞。而當合閘彈跳小于2ms，不會產(chǎn)生較大的過電壓，設(shè)備絕緣不會受損，在合閘時動靜觸頭之間也不會產(chǎn)生熔焊。 對現(xiàn)代的真空斷路器技術(shù)而言，只要彈跳的幅值和時間在合理范圍內(nèi)，合閘彈跳對電力系統(tǒng)和斷路器本身沒有不良影響。

下面就將合閘過程作簡要分析：

合閘時，動觸頭在操動桿的帶動下，相對于靜觸頭做向上的合閘運動。合閘時觸頭的瞬間撞擊力F是決定斷路器產(chǎn)生彈跳大小的關(guān)鍵因素。設(shè)碰撞前后的速度分別為v前，v后作用時間為t，由動量定理可知：

當作用力F減小時，彈跳時間也會隨之縮短。通過上式，我們不難發(fā)現(xiàn)，要實現(xiàn)減小觸頭撞擊力F的目標，主要有以下三種方法：

（1）降低動觸頭系統(tǒng)的總質(zhì)量m?？s短導(dǎo)電桿的長度，減小導(dǎo)電夾、軟連接的尺寸，選用輕質(zhì)的絕緣子等可以實現(xiàn)這個目標。

（2）減小碰撞前后速度的差值。但這又不能僅僅通過減小合閘速度v前來實現(xiàn)。因為如果v前小于0.6 m/s時，合閘功將不足，反而會加劇彈跳的幅度。因此只能盡量減小v后，甚至使其接近于零。為了實現(xiàn)這個目的，我們需要在動觸頭系統(tǒng)上加裝壓縮彈簧，當斷路器合閘時彈簧壓縮，產(chǎn)生一個預(yù)壓力即觸頭的初壓力，用來抵消動觸頭的回彈力。

（3）使動靜觸頭的碰撞時間t增大，有兩種方法實現(xiàn)：一是生產(chǎn)斷路器時設(shè)法使斷路器的動靜導(dǎo)電桿的同軸度，在整機調(diào)整時還要把斷路器裝正，盡可能使兩觸頭為平面接觸，不要形成線或點接觸；二是在靜端使用緩沖元件，如橡膠墊圈、油緩沖器等，以增加撞擊接觸時間。

此外，動靜觸頭的材料也是影響合閘彈跳的重要因素，安裝、調(diào)試質(zhì)量、零部件如鋁支座、滅弧室、軸銷、換向器的加工精度也都可以影響真空斷路器合閘彈跳時間的長短。根據(jù)總結(jié)出的原因，結(jié)合多年的檢修經(jīng)驗，我們還可以采取下列措施來縮短彈跳時間。

（1）提高相關(guān)配件的加工工藝，使鋁支座與軸、換向器與鋼銷、軸等各個部分能緊密配合，減小間隙。

（2）提高裝配工藝質(zhì)量，在真空斷路器裝配過程中，注意安裝合理，不使真空滅弧室受到額外應(yīng)力，調(diào)整導(dǎo)向管的位置，使滅弧室動觸頭運動軌跡在滅弧室的軸心上，真空滅弧室動觸頭活動自如，無任何卡澀。

（3）適當加大觸頭超程彈簧預(yù)壓力。

斷路器的各項性能參數(shù)是相互影響的，調(diào)整要從多方面周全的考慮。此外，一些公司不能很好地把握真空斷路器的某些重要零部件的生產(chǎn)工藝，比如在金屬材料的調(diào)質(zhì)處理上，剛度、韌性不適度，致使開關(guān)動態(tài)參數(shù)與靜態(tài)參數(shù)偏離嚴重，直接影響了真空斷路器開斷的成功率，影響了開關(guān)的使用壽命，因此生產(chǎn)廠家對此應(yīng)給以足夠的重視。只有從各個方面綜合考慮，從各個方面加強技術(shù)把關(guān)，才能有效的降低斷路器的合閘彈跳。

參考文獻

[1]張成濤，變電一次主要設(shè)備檢修方法與分析[D] 華北電力大學（北京）2010：67.

[2]張文淵，真空斷路器合閘彈跳的危害性[J] 供用電 2011.

作者簡介

龐日成（1989-），男，大學本科學士學位 ，助理工程師，從事變電檢修工作；

張月圓（1987-），男，大學本科學士學位 ，助理工程師，從事用電檢查工作。