董文龍,于純祥,劉全都
(正泰電氣股份有限公司,上海 201614)
斷路器是GIS的主要組成元件之一。在頻率為50Hz、額定電壓為126kV的交流電力系統(tǒng)中,斷路器能關(guān)合、開斷、承載正常回路條件下的電流,并能關(guān)合、在規(guī)定時(shí)間內(nèi)承載和開斷異?;芈窏l件(如短路條件)下的電流,是重要的保護(hù)、控制用開關(guān)設(shè)備。
斷路器的彈跳是隨機(jī)發(fā)生的,在某些特定條件下斷路器在合閘、和分閘過程,產(chǎn)生彈跳,可以發(fā)生在三相共箱式斷路器上也可以在單極斷路器或發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器上。其主要是在產(chǎn)品分閘時(shí),銅鎢弧觸頭脫離接觸前的一段時(shí)間,合閘時(shí)銅鎢頭剛接觸,附近的一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生彈跳。國家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于彈跳沒有明確的規(guī)定,但是彈跳對于設(shè)備具有一定影響,是產(chǎn)生操作過電壓的因素之一。研究和減少開關(guān)設(shè)備彈跳勢在必行,由于分閘過程彈跳影響更大所以下面對彈跳做重點(diǎn)研究。
分閘彈跳是在動(dòng)側(cè)主觸頭和靜側(cè)主觸頭分開后,動(dòng)弧觸頭和靜弧觸頭還沒有完全分開之前,電阻值劇烈變化引起,包括接觸面電阻和收縮電阻組成。接觸面電阻是銅鎢合金表面氧化層及接觸壓力的變化,由于動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)為曲柄壓桿機(jī)構(gòu)動(dòng)觸頭經(jīng)兩個(gè)約束點(diǎn)的作用下近似直線運(yùn)動(dòng),但是運(yùn)動(dòng)是分別靠向兩端間隙,造成接觸不良。由于震動(dòng)加劇了接觸不良,即動(dòng)弧觸頭和靜弧觸頭接觸、分開又接觸的過程,通過開關(guān)特性測試儀的測試可以檢查到分閘過程的彈跳,分閘彈跳特性圖如圖1所示。
圖1 分閘彈跳特性圖
通過實(shí)驗(yàn)及工程案例的測試,分閘彈跳時(shí)間大部分在5.0ms以內(nèi),從動(dòng)側(cè)主觸頭和靜側(cè)主觸頭分開,到動(dòng)弧觸頭和靜弧觸頭分開的時(shí)間,表1是B相兩次彈跳,彈跳時(shí)間是從第一次彈跳到觸頭完全分開3.7ms。
表1 B相兩次彈跳
分閘彈跳過程和合閘彈跳一樣也會(huì)產(chǎn)生較高的過電壓影響,在開斷短路故障時(shí)產(chǎn)生過電壓的大能量,對滅弧室的觸頭燒損嚴(yán)重,同時(shí)對整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響 ,通過數(shù)字存儲(chǔ)示波器手動(dòng)分閘斷路器測試波形如圖2所示,從波形圖中能夠顯示出分閘彈跳過程中產(chǎn)生的過電壓值幅值和頻次,其峰值近似于CB端口電壓的兩倍。數(shù)字存儲(chǔ)示波器測調(diào)CB端口分閘信號原理圖如圖3所示。
圖2 示波器測試圖
圖3 數(shù)字存儲(chǔ)示波器測試CB端口分閘信號原理圖
如果斷路器在運(yùn)行狀態(tài),斷路器分閘并發(fā)生彈跳,將導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部電容、電感元件之間電磁能量互相轉(zhuǎn)換,并形成強(qiáng)阻尼振蕩過程在3倍左右的過電壓。如圖4所示。
分閘彈跳的現(xiàn)象,在現(xiàn)場安裝公司使用的不同廠家的開關(guān)特性測試儀,對測量同期結(jié)果的影響,通常用于測量真空斷路器的開關(guān)特性測試儀,計(jì)量方式如圖5所示。
分閘同期測量值是5.1ms,計(jì)量方式是從第一個(gè)彈跳斷開始瞬間到三相完全斷開。同一臺(tái)產(chǎn)品換用石家莊漢迪電氣公司的開關(guān)特性測試儀,測量的分閘同期是1.1ms,此儀器的計(jì)量方式是,從三相觸頭完全斷開后的時(shí)間差,如圖6所示。
圖4 斷路器在運(yùn)行狀態(tài)波形示意圖
圖5 分閘彈跳特性圖
圖6 分閘彈跳特性圖
拐臂的運(yùn)動(dòng)是曲線運(yùn)動(dòng),拉桿是靠無油軸承約束變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng),支持筒中和無油軸承配合的拉桿的加工配合尺寸,是直接影響分閘彈跳的主要因數(shù),動(dòng)觸頭在運(yùn)動(dòng)過程中受到支持筒中兩個(gè)無油軸承的約束,如圖7、圖8所示。
圖7 動(dòng)觸頭結(jié)構(gòu)圖
動(dòng)側(cè)主觸頭和靜側(cè)主觸頭分開后就降低了動(dòng)觸頭的約束力,當(dāng)約束間隙較大時(shí),更是降低了動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)的直線度,非直線運(yùn)動(dòng)使得動(dòng)弧觸頭和靜弧觸頭間產(chǎn)生震動(dòng),接觸與非接觸的現(xiàn)象,另外由于動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源是圓弧運(yùn)動(dòng),當(dāng)有間隙存在時(shí),動(dòng)觸頭的末端(動(dòng)弧觸頭)的穩(wěn)定性更差。實(shí)踐工程中這種彈跳比較固定,時(shí)間在2~5ms,通過調(diào)試無法消除。
圖8 拐臂運(yùn)動(dòng)示意圖
和本體匹配的機(jī)構(gòu)功的大小,分閘速度和分閘時(shí)間也會(huì)產(chǎn)生分閘彈跳,這種彈跳是偶爾出現(xiàn),可以通過調(diào)試或更換機(jī)構(gòu)消除。
有分閘彈跳的動(dòng)觸頭拉桿和無油軸承的配合尺寸為φ350-0.2mm時(shí),拉桿尺寸圖如圖9所示。示波器彈跳圖如圖10所示。
圖9 改進(jìn)前拉桿尺寸圖
圖10 示波器彈跳圖
圖11 改進(jìn)后拉桿尺寸圖
圖12 示波器彈跳圖
通過對三相拉桿全部更換后磨合300次,特性測試合格如圖13所示。
圖13 開關(guān)特性測試儀圖
分閘彈跳現(xiàn)象在經(jīng)過拉桿的尺寸配合公差的修改后,通過工程中有彈跳的斷路器試驗(yàn),能夠消除此現(xiàn)象,但是零部件的制造精度和傳動(dòng)零部件的表面粗糙度也會(huì)有影響。