淺談斷路器機(jī)械特性的測(cè)試

林明星 莊建煌 黃 偉

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0 概述

高壓斷路器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，其最大特點(diǎn)是能斷開電路中負(fù)荷電流和短路電流。斷路器的機(jī)械特性直接影響斷路器的開斷性能。對(duì)斷路器進(jìn)行機(jī)械方面的測(cè)試的目的是：第一，保證斷路器的技術(shù)參數(shù)符合規(guī)程要求，以使斷路器能可靠地投入運(yùn)行；第二，在檢修過(guò)程中通過(guò)測(cè)試可以掌握開關(guān)的機(jī)械性能，以便確定檢修重點(diǎn)，有目的地進(jìn)行調(diào)整，保證檢修質(zhì)量。

1 定義

1.1 分閘時(shí)間

指處于合閘位置的斷路器從接到分閘指令瞬間起到所有觸頭分開瞬間為止的時(shí)間間隔。

1.2 合閘時(shí)間

指處于分閘位置的斷路器從接到合閘指令瞬間到所有觸頭接觸瞬間的時(shí)間間隔。

1.3 合分時(shí)間

從接到合(分)閘指令瞬間起到所有極觸頭都接觸(分離)瞬間的時(shí)間間隔。

1.4 三相不同期

指斷路器三相分（合）閘時(shí)間之間的最大及最小值差值。

1.5 彈跳時(shí)間

指斷路器的動(dòng)、靜觸頭在合閘過(guò)程中發(fā)生的所有接觸、分離（即彈跳）的累計(jì)時(shí)間差值（即第一次接觸到完全接觸的時(shí)間）。

1.6 彈跳幅度

開關(guān)動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，動(dòng)觸頭的最大反彈值。

1.7 速度

各制造廠對(duì)速度的定義各不相同，因此，《電力設(shè)備交接及預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程實(shí)施細(xì)則》規(guī)定分閘速度和合閘速度的測(cè)試要按照制造廠的要求進(jìn)行。一般，斷路器的速度是指其在單分、單合動(dòng)作時(shí)的平均速度，而不是行程中的最大速度。

1.8 剛合(分)速度

開關(guān)合(分)閘過(guò)程中，動(dòng)觸頭與靜觸頭接觸(分離)瞬間的運(yùn)動(dòng)速度。

1.9 平均速度

開關(guān)合(分)閘操作中，動(dòng)觸頭在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的行程與時(shí)間的比值。

1.10 行程

指斷路器動(dòng)觸頭由靜止到開關(guān)動(dòng)作完成之后動(dòng)觸頭的整個(gè)位移量。

1.11 超行程

指斷路器在合閘過(guò)程中動(dòng)、靜觸頭已經(jīng)接觸之后動(dòng)觸頭再移動(dòng)的位移量。

1.12 開距

分位置時(shí)，開關(guān)一極的各觸頭之間或其連接的任何導(dǎo)電部分之間的總間隙。

1.13 金短時(shí)間

在合-分操作中，從所有極各觸頭都接觸瞬間起到隨后的分操作時(shí)在所有極中弧觸頭都分離瞬間的時(shí)間間隔。

2 機(jī)械特性的測(cè)量

2.1 動(dòng)作電壓的測(cè)試

圖1 動(dòng)作電壓測(cè)量

如圖1 所示，將可變電阻調(diào)到最大阻值，接通電源，減小可變電阻值，使電磁線圈所加電壓為額定電壓的30%，電磁鐵不應(yīng)動(dòng)作。

斷開電源，可變電阻值不變，再接通電源，電磁鐵亦不應(yīng)動(dòng)作。

繼續(xù)減小可變電阻至電磁鐵吸合，此時(shí)，分閘電磁鐵應(yīng)完成脫扣動(dòng)作，合閘接觸器的接點(diǎn)應(yīng)可靠地閉合（在液壓機(jī)構(gòu)上的電磁鐵應(yīng)能可靠地完成分、合閘閥的起動(dòng)動(dòng)作）。讀取電壓值，即為最低動(dòng)作電壓，電壓值不應(yīng)高于額定電壓的65%。

2.2 動(dòng)作時(shí)間的測(cè)量

2.2.1 電秒表法測(cè)分、合閘時(shí)間

圖2 分閘時(shí)間接線圖

測(cè)量分閘動(dòng)作時(shí)間，合上電源開關(guān)，電秒表與分閘線圈同時(shí)帶電，電秒表開始記錄，當(dāng)分閘過(guò)程結(jié)束后，電秒表的電源被斷路器切斷，秒表停止。秒表上記錄的時(shí)間即為固有分閘時(shí)間。如圖2 所示，一般應(yīng)重復(fù)測(cè)三次，取其平均值。

圖3 合閘時(shí)間接線圖

測(cè)量合閘動(dòng)作時(shí)間，合上電源開關(guān)，電秒表與合閘接觸器同時(shí)帶電，電秒表開始計(jì)時(shí)。當(dāng)合閘過(guò)程結(jié)束后，電秒表的動(dòng)作線圈被斷路器的觸頭短接，秒表停止計(jì)時(shí)。電秒表記錄的時(shí)間即為合閘時(shí)間。如圖2所示，同樣重復(fù)三次，取其平均值。

此方法比較簡(jiǎn)便，但測(cè)量誤差較大，對(duì)于110kV 及以上電壓的斷路器不宜采用，應(yīng)用示波器法測(cè)試。

2.2.2 示波器法測(cè)量分、合閘時(shí)間

圖4 測(cè)分、合閘時(shí)間接線圖

此法測(cè)量精度高，但設(shè)備、操作都比較復(fù)雜。如圖4 所示，當(dāng)斷路器分閘或合閘時(shí)，示波器分別錄出各相動(dòng)作的時(shí)間曲線。根據(jù)錄波圖中曲線波形的變化來(lái)確定分、合閘命令發(fā)出的瞬間和動(dòng)靜觸頭分開、接觸的瞬間，通過(guò)時(shí)間的換算即可得各相的分、合閘動(dòng)作時(shí)間。

各相分、合閘時(shí)間差（同期性）以及真空開關(guān)的彈跳時(shí)間也可以簡(jiǎn)單地計(jì)算出來(lái)。

2.2.3 斷路器三相動(dòng)作的同期性測(cè)量

上面已提到用示波器可以比較精確地測(cè)得斷路器的同期性（時(shí)間）差，也可以用同期燈測(cè)得斷路器同相各斷口和異相各斷口的同期性（行程）差，這是較簡(jiǎn)單的方法，對(duì)調(diào)整斷路器的同期性很方便。

2.3 速度的測(cè)量

斷路器分、合閘速度可用電磁振蕩器或示波器來(lái)測(cè)量。

圖5 用同期燈測(cè)量斷路器三相動(dòng)作同期性

油斷路器的觸頭可通過(guò)測(cè)速桿與測(cè)量工具相連，因此可直接測(cè)得觸頭的運(yùn)動(dòng)速度，而SF6 斷路器目前沿?zé)o法直接測(cè)量觸頭的機(jī)械運(yùn)動(dòng)速度，一般在斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)上安裝測(cè)速器，并向繞組兩端施加直流電壓，測(cè)量時(shí)同斷路器機(jī)械傳動(dòng)元件帶動(dòng)觸點(diǎn)或繞組運(yùn)動(dòng)，繞組兩端產(chǎn)生一個(gè)變化的電壓△U，用示波器或其它設(shè)備將其記錄下來(lái)，就可以得到一條時(shí)間-行程曲線。根據(jù)速度定義就可計(jì)算出分閘、合閘速度。

現(xiàn)在開關(guān)種類千差萬(wàn)別，每種開關(guān)給出的速度定義都不一樣，當(dāng)然，根據(jù)速度定義計(jì)算出的剛分(合)速度值也不一樣，因此在測(cè)速前，我們必須知道開關(guān)制造廠的速度定義情況，方能得到正確的速度值。當(dāng)然，現(xiàn)在有些儀器生產(chǎn)廠家已經(jīng)收集到一些較常用的開關(guān)型號(hào)的速度定義固化在儀器程序中，便于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員選用。

2.4 行程的測(cè)量

圖6 斷路器的行程測(cè)量

如圖6 所示，對(duì)斷路器進(jìn)行行程測(cè)量時(shí)，應(yīng)先切斷所有控制電源，電機(jī)電源，并在斷路器滅弧室上、下接線端子之間接一校驗(yàn)燈（或蜂鳴器），手動(dòng)操作斷路器到分閘位置，再手動(dòng)操作斷路器合閘，當(dāng)校驗(yàn)燈剛亮（或蜂鳴器剛響時(shí)）時(shí)刻，即為斷路器的剛合位置。分別測(cè)出A1、A2、A3 并進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，即可得觸頭的行和超行程。為準(zhǔn)確測(cè)定，可反復(fù)測(cè)量。

對(duì)于SW6 型等型號(hào)的斷路器，可采用測(cè)量桿測(cè)量行程，采用測(cè)量管測(cè)量超行程。選定基準(zhǔn)面，分別量出分、合閘時(shí)基準(zhǔn)面以上的測(cè)量桿和測(cè)量管的長(zhǎng)度，兩數(shù)之差即為行程和超行程。一般測(cè)3 次，取其平均值。

2.5 高壓開關(guān)機(jī)械特性測(cè)試儀

高壓開關(guān)機(jī)械特性測(cè)試儀是為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試高壓開關(guān)動(dòng)作特性的需要，開發(fā)研制的專用儀器，以單片機(jī)為核心進(jìn)行采樣，處理和輸出，優(yōu)點(diǎn)是具有智能化、功能多、接線簡(jiǎn)單，信號(hào)數(shù)字化處理，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高、抗干擾性強(qiáng)，試驗(yàn)結(jié)果可長(zhǎng)期保存。配以制造廠家根據(jù)不同型號(hào)開關(guān)設(shè)計(jì)的輔助支架，可用于各種電壓等級(jí)的真空、SF6、少油、多油、空氣負(fù)荷等開關(guān)的機(jī)械特性測(cè)量。缺點(diǎn)是斷路器采用石墨觸頭時(shí)，不易準(zhǔn)確測(cè)定合閘時(shí)間，同時(shí)參數(shù)設(shè)置上必須事先知道操作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)距離與觸頭行程之間的傳動(dòng)比。某些國(guó)產(chǎn)測(cè)試儀抗干擾能力差。但由于開關(guān)機(jī)械特性測(cè)試儀的種種優(yōu)點(diǎn)，它將廣泛應(yīng)用于開關(guān)的機(jī)械特性的測(cè)試中。

3 結(jié)束語(yǔ)

開關(guān)機(jī)械特性是斷路器的重要性能指標(biāo)之一，由于速度的定義沒有統(tǒng)一，因此速度的測(cè)量要根據(jù)廠家的技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。高壓斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)由于能準(zhǔn)確反映運(yùn)行、動(dòng)作工況，為狀態(tài)檢修提供可靠依據(jù)，因此得到大力推廣。隨著測(cè)試設(shè)備、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、判斷依據(jù)的不斷完善，其在設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)中起到越來(lái)越重要的作用。

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