35kV真空断路器机械特性及故障检测方法

35kV真空断路器机械特性及故障检测方法

一、概述

目前，县级供电公司的主干网基本上是由35kV线路、35kV断路器及相关设备构成，而35kV断路器是做为35kV线路负荷分配和保护的主要设备。同时，35kV断路器也作为110kV/220kV变电站35kV侧及35kV变电站主变高压侧主要保护设备，所以35kV断路器对于县级供电公司电网运行有着举足轻重的作用。所以，对于断路器早期故障的诊断有助于及时排除潜在的隐患，对于提高电网运行的可靠性有着十分重要的意义。

二、断路器机械特性

2.1概述

真空断路器的生产厂家比较多，型号也较繁杂。按使用条件分为户内（ZNx—**）和户外（ZWx—**）两种类型。主要由框架部分，灭弧室部分（真空泡），和操动机构部分组成。

断路器本体部分由导电回路，绝缘系统，密封件和壳体组成。整体结构为三相共箱式。其中导电回路由进出线导电杆，进出线绝缘支座，导电夹，软连接与真空灭弧室连接而成。

一般说来，真空断路器必须满足常规断路器的三大部分，即：导电回路及灭弧室、操动机构及传动系统、绝缘，任何一种断路器都要有这三大部分。

2.2机械特性对产品性能的影响

衡量真空断路器的性能，真空灭弧室本身的性能固然重要，然而机械特性同样具有举足轻重的作用。

下面对各机械特性参数与产品性能的关系分述如下：

（1）开距

触头的开距主要取决于真空断路器的额定电压和耐压要求，一般额定电压低时触头开距选得小些。但开距太小会影响分断能力和耐压水平。开距大大，虽然可以提高耐压水平，但会使真空灭弧室的波纹管寿命下降。设计时一般在满足运行的耐压要求下尽量把开距选得小一些。12kv真空断路器的开距通常在8一12mm之间，40.5kv的则在30一40mm之间。

（2）触头接触压力

在无外力作用时，动触头在大气压作用下，对体腔产生一个闭合力使其与静触头闭合，称之为自闭力，其大小取决于波纹管的端口直径（注意自闭力和波纹管的关系）。灭弧室在工作状态时，这个力太小不能保证动静触头间良好的电接触，必须施加一个外加压力。这个外加压力和自闭力之和称为触头的接触压力。这个接触压力有如下几个作用：

a、保证动、静触头的良好接触，并使其接触电阻小于规定值。

b、为满足额定短路状态时的动稳定要求，触头压力应大于额定短路状态时的触头间的斥力，以保证在该状态下动静触头完全闭合，不受损坏。

c、抑制合闸弹跳。使触头在闭合碰撞时得以缓冲，把碰撞的动能转为弹簧的势能，抑制触头的弹跳。

d、为分闸提供一个加速力。当接触压力大时动触头得到较大的分闸力，容易拉断合闸熔焊点（冷焊力），提高分闸初始的加速度，减少燃弧时间，提高分断能力。

触头接触压力是一个很重要的参数，在产品的初始设计中要经过多次验证、试验才选取得比较合适。触头压力选得太小时，满足不了上述各方面的要求；但触头压力太大时，一方面需要增大合闸操作功，另外灭弧室和整机的机械强度要求也需要提高，技术上不经济。

（3）接触行程（或称压缩行程）

目前真空断路器毫无例外地采用对接式接触方式。动触头碰上静触头之后就不能再前进了，触头接触压力是由每极触头压缩弹簧（有时称作合闸弹簧）提供的。所谓接触行程，就是开关触头碰触开始，触头压簧施力端继续运动至合闸终结的距离，亦即触头弹簧的压缩距离，故又称压缩行程。

接触行程有两方面作用，一是令触头弹簧受压而向对接触头提供接触压力；二是保证在运行磨损后仍然保持一定接触压力，使之可靠接触。一般接触行程可取开距的20%一30%左右，12kV的真空断路器约为3一4mm。

真空断路器的实际结构中，触头合闸弹簧设计成即使处于分闸位置，也有相当的预压缩量，有预压力。这是为使合闸过程中，当动触头尚未碰到静触头而发生预击穿时，动触头有相当力量抵抗电动力，而不致于向后退缩；当触头碰接瞬间，接触压力陡然跃增至预压力数值，防止合闸弹跳，足以抵抗电动斥力，并便接触初始就有良好状态，随着接触行程的继续运动，触头间的接触压力逐步增大，接触行程终结时，接触压力达到设计值。

接触行程不包括合闸弹簧的预压缩量程，它实际上是合闸弹簧的第二次受压行程。

（4）平均合闸速度

平均合闸速度主要影响触头的电磨蚀。如合闸速度太低，则预击穿时间长，电弧存在的时间长，触头表面电磨损大，甚至使触头熔焊而粘住，降低灭弧室的电寿命。但速度太高，容易产生合闸弹跳，操动机构输出功也要增大，对灭弧室和整机机械冲击大，影响产品的使用可靠性与机械寿命。平均合闸速度通常取0.6m/s左右为宜。

（5）平均分闸速度

分闸速度的快慢，主要取决于合闸时动触头弹簧和分闸弹簧的贮能大小。为了提高分闸速度，可以增加分闸弹簧的贮能量，也可以增加合闸弹簧的压缩量，这都必然需要提高操动机构的输出功和整机的机械强度，降低了技术经济指标。经过多年试验认为，12kv的真空断路器，平均分闸速度能保证在0.95-1.2m/s比较合适。

（6）合闸弹跳时间

合闸弹跳时间是断路器在合闸时，触头刚接触开始计起，随后产生分离，可能又触又离，直到其稳定接触之间的时间。

（7）合、分闸不同期性

合闸的不同期性太大容易引起合闸的弹跳，因为机构输出的运动冲量仅由首合闸相触头承受。分闸的不同期性太大可能使后开相管子燃弧时间加长，降低开断能力。

合闸与分闸的不同期性一般是同时存在的，所以调好了合闸的不同期性，分闸的不同期性也就有了保证。产品中要求合分闸不同期性小于2mS。

（8）合、分闸时间

分、合闸时间是指从操动线圈的端子得电时刻计起，至三极触头全部合上或分离止的一段时间间隔。

合、分闸线圈是按短时工作制作设计的，合闸线圈的通电时间不到100ms，分闸线圈的不到60ms。分、合闸时间一般在断路器出厂时已调好，无须再动。

三、真空断路器检测及故障诊断与检修方法

3.1真空断路器的定期检测

真空断路器的超行程与少油断路器的超行程的概念有所不同，少油断路器的超行程。为动触头插入静触头的深度，而真空断路器的超行程为分合闸绝缘拉杆一端触头弹簧被压缩的距离，这个距离要保持在要求的范围内，触头间就有足够的压力.就可以保证触头接触良好。真空断路器的超行程一般为4ram（+05、一l·不同型号的断路器有差异），触头允许磨损厚度一般为2—3ram。真空断路器在分合负载电流或故障电流过程中，触头不断磨损，从而超行程不断减少因此必须定期对断路器的超行程进行测量，对不符合要求的要及时调整，以保证触头间有足够第二压力以保证其接触良好。一般真空断路器每开断2000次或开断短路电流两次及新投入运行3个月.应进行一次超行程测量。

通过测量试验和统计对真空泡的运行状态作出综合的判断。定期检测灭弧室的真空度。真空断路器灭弧室的真空度直接影响到断路器的开断能力。一般灭弧室真空度应每开断2000次或每年进行一次检测。检测方法为在真空断路器动静触头在正常开距下（13ram），两触头间以不大于12kV/s的速率升加工频电压至42kV，稳定一分钟后应无异常现象。灭弧室更换条件。对使用寿命己到或有异常现象的灭弧室必须更换，其更换的条件一般是：真空断路器的触头磨损已达到或超出规定值。灭弧室真空度已达不到标准的要求值。其机械操作寿命已达到规定值，真空断路器灭弧室的更换。应严格执行制造厂的具体技术标准和相关的技术要求。

①测量试验。对真空泡进行分合闸耐压试验以发现漏气-测量真空泡合闸接触电阻，结合行程、超程等参数判断触头的损坏情况。

②极限开断电流值统计。真空开关在达到极限开断电流值时.应更换真空泡。极限开断电流值IE可由厂家给定的额定开断电流及满容量开断次数计算得出：IE=13极限.I满容量。

统计极限开断电流值的内容有以下两点：

（1）正常的开断操作：式中nl-正常开断次数-It-厂家提供的开关额定工作电流。

（2）短路开断：式中n2一一短路开断次数.Ik一母线最大开断电流。

3.2断路器故障诊断的方法

真空断路器因触头开距小，操作所需的能量小，冲击也小，机构简单，这就从原理上保证了其很少发生故障。从故障发生率低和检修这方面看，真空断路器可以说是一种理想的断路器。但这并不等于它完全不需要检修。真空断路器是否有故障，我们可以根据其能否准确无误地合闸并使开关可靠地保持在合闸位置；准确无误地分闸并使开关可靠地保持在分闸位置来判断。主回路方面的故障，可以从断路器例行的检修和维护中发现并排除，例如真空灭弧室真空度是否下降，用工频耐压法可以很容易地辨别。而断路器若合、分操作不正常，有时则不易找出故障点，特别是一些综合性故障，辨别判断较为困难。如果我们搞清了断路器的结构原理，从个功能模块入手分析排查，往往能取得事半功倍的效果。断路器的基本操作过程可以简单地描述为：储能～合闸准备～合闸一合闸保持（锁扣）、完成合闸动作～分闸～（脱扣）一，完成分闸动作上述任何一个环节出问题，都将影响断路器合、分操作。因此分析故障点时，首先分清各功能块，再采取分步