高压交流断路器 电寿命 试验

高压交流断路器;电寿命;试验
高压交流断路器电寿命在中国最早是由电力系统用户提出来的。

在20世纪60年代，电网中的油断路器，每开断3次短路故障就要进行解体大修。

由于当时型式试验条件很差，试验设备不够大，某些高压断路器只能采用延伸法进行短路开断试验，即通过额定恢复电压、小电流试验和额定短路开断电流、低电压试验，就认为等价通过了额定恢复电压下的额定短路开断电流试验，这种试验很难保证产品能达到额定开断容量；又由于用户在断路器运行中不记录短路故障容量。

因此，为安全起见，只能规定开断3次故障就认为不能再安全运行了，必须安排大修。

这种规定实际上浪费了大量人力、物力和财力，这种现象一直延续到70
年代末，我国的断路器短路开断型式试验设备已初具规模，电网也开始能记录短路故障电流为止。

与此同时，电力部一方面要求开发短路故障记录仪，另一方面要求制造厂提出不需检修条件下断路器的故障电流开断次数和不同开断电流
下的相互折算方法，或提供不同故障开断电流下的允许开断次数曲线，即断路器的电寿命，以便电力部门制定、修订高压断路器运
行和检修规程。

2 电寿命与不经检修的连续开断能力
电寿命与不经检修的连续开断能力指的是同一事件，但它们的概念却并不相同。

连续开断能力指在不允许进行中间性检修下的连续开断次数，或累计开断电流值。

电寿命则不一定要有这样严格的限制。

但GIS中断路器和真空断路器的电寿命与连续开断能力却有同样的含义，因为这类产品不允许进行中间性检修，或在指定的年限内不需要检修。

而空气断路器和油断路器的电寿命则可以比连
续开断能力长得多，这是因为检修可以使这类断路器恢复原状。

随着高压断路器技术的进步，真空断路器和SF6断路器越来越被广泛使用，虽然型式试验只能进行连续开断试验，但实际上就是它们的电寿命试验。

为简化语言和考虑习惯，在新标准中都统称为电寿命试验。

3 电寿命试验的演变
1982年1月，国际电工委员会（IEC）17A分委员会秘书处文件讨论表征电寿命（Electrical Endurance）试验的方法有3种：①美国建议样品只在100%额定短路开断电流下进行“分”的试验，试验中电寿命即累计开断电流值分别为400%、800%、1 200%……等级别，即4次、8次、12次……等级。

②意大利建议考虑到断路器在开断时会遇见各种大小不同电流值的随机组合，电寿命试验应按表1中的方案进行。

折算到开断次数，举例如100%额定短路开断电流开断6次、60%开断10次、30%开断20次、10%开断60次, 以此类推。

③瑞士、法国建议52 kV及以上电压等级断路器的电寿命试验应按表2中的方案进行。

52 kV以下的断路器可以不考虑近区故障，其他项目参照表2进行试验。

试验电流累计值也按400%、800%、1 200%……分级。

表1 意大利建议的电寿命试验方案开断电流值为额定短路开断电流值的百分
数/% 10～20 21～45 46～70 71～100
在连续开断试验中电流所占的百分比/% 30 30 25 15
这3种方案电寿命试验基本上都按4、8、12……倍额定短路开断电流值为定值，具体做法：一种全用额定短路开断电流做试验；另一种用方式1、2、3、4按一定的比例做试验；还有一种则将断路器应该做的所有开断试验按一定的次序排列进行试验，实质上并没有增加型式试验开断工作量，只是考虑做到累计开断电流达到4、8、12、16倍额定短路开断电流后允许检修或不检修后再试，来决定产品电寿命长短，这一方法的出发点是触头烧损与开断电流成正比，而不是平方关系。

1982年6月在IEC 17A分委员会年会上，上述3个方案都未被接受，也就是说直至1987年IEC 56：1987《高压交流断路器》标准中电寿命试验仍未被列入。

表2 瑞士、法国建议的电寿命试验方案试验方式操作顺序占额定开断电流倍数/倍累计开断倍数/倍是否允许检修
方式4 O-CO-CO3.0 3.0 3.0 不允许
方式2 O-O-O 0.9 3.9 不允许
开断线路充电电流连续12次0.1 4.0 试后允许检修
方式5 O-O-O 3.0 7.0 不允许
L60 O-O-O 1.8 8.8 不允许
方式1 O-O-O 0.3 9.1 试后允许检修
L90 O-O-O 2.7 11.8 不允许
失步开断O-O-CO 0.75 12.55 试后允许检修
L75 O-O-O 2.25 14.8 不允许
开断空载变压器12次O 14.8 不允许
开断电抗器12次O 0.1 14.9 不允许
方式3 O-O-O 1.8 16.7 试后允许检修
这些电寿命试验数据对运行部门极有参考意义。

国内外一些制造厂家都在执行一系列的试验来确定自己产品的电寿命，以加强其竞争能力。

如法国MG公司FA4-525 kV SF6断路器产品宣扬为连续开断能力做了500次（各种大小电流、各种操作顺序），累计开断电流达2 000 kA，估计这是该型断路器可连续工作25年而不需检修的试验要求；瑞士ABB公司ELK SP 32(550 kV) SF6断路器开断63 kA可达20次、4 kA可达5 000次；法国Alstom公司提供了HVX（12 kV）真空断路器允许开断次数曲线：100% 额定短路开断电流连续开断50次、50%额定短路开断电流连续开断124次、10%额定短路开断电流连续开断1 100次等。

我国根据用户的要求，1985年原机械部在制定JB 3855—1985《10千伏户内高压真空断路器通用技术条件》和JB/DQ 2184—1985《3 kV～35 kV真空断路器用真空灭弧室通用技术条件》中规定了额定短路开断电流开断次数：20 kA及以下的产品为16、30次；25 kA及以上的产品为8、12、20次。

原能源部标准DL/T 403—1991《10 kV～35 kV户内真空断路器订货技术条件》中规定额定短路开断电流开断次数：25 kA及以下的产品为30、50、75、100次；25 kA 以上的产品再增加一档20次。

这些都是按同一额定短路开断电流重复次数作为电寿命的试验标准。

随着用户对电寿命试验呼声愈高，IEC专门成立工作组对全世界各国运行中的断路器开展电寿命调查，调查结果表明，实际运行中断路器开断额定短路开断电流的并不多，大量开断电流只有断路器额定开断电流的10%～30%，而超高压断路器在运行中几乎没有开断额定短路开断电流的工况。

因此，IEC在20世纪90年代中期发布的标准修订件中提出了《E2级断路器》电寿命的概念：“在其预期的使用寿命期间，主回路中开断用的零件不要维修，其他零件只需要很少的维修（具有延长的电寿命断路器）。

”对52 kV及以下电压等级的E2级断路器开断试验的电流大小、操作顺序和操作顺序的次数是根据调查结果的概率统计而提出的，见表3。

表3 对52 kV及以下电压等级的E2级断路器电寿命试验方案
额定短路开断电流百分数/% 操作顺序操作顺序的次数/次
10 O
O-0.3 s-CO
O-0.3 s-CO-t-CO 84
14
6
30 O
O-0.3 s-CO
O-0.3 s-CO-t-CO 84
14
6
60 O
O-0.3 s-CO-t-CO 2
2
100 O-0.3 s-CO-t-CO 2
由表3可知，10% 额定短路开断电流下开断130次、30%额定短路开断电流下开断130次、60%额定短路开断电流下开断8次、100%额定短路开断电流下开断6次，即总计开断274次的情况下试验能通过，开断寿命就满足要求了，
也就是说在开断问题上可以达到免维修了。

中国IEC委员会曾向IEC工作组建议电寿命试验采用中国行业标准的规定，但答复是“电流与磨损的关系不像其表现的那么简单，不能有效折算”，因此末被采纳。

而工作组的建议方案2001年正式列入IEC 62271-100《高压交流断路器》标准。

2002年，我国国家标准GB 1984—2003
《高压交流断路器》修订也同样采用了这一规定。

它不分产品种类、不考虑电寿命长短、不研究产品实际运行工况、不分质量等级，已不是原来提出电寿命的初衷。

4 电寿命试验方法的讨论
4.1 对断路器制造厂的意义
（1）断路器所采用的各种灭弧介质，如油、空气、真空、六氟化硫，它们在灭弧过程中对触头烧损的表现是不一样的，且同一种介质因断路器设计结构不同对触头烧损的表现也不一样。

所以断路器的电寿命应有长短之分，不应该用一种电寿命试验标准来考核所有类型断路器，E2级电寿命试验标准真空断路器容易做到，六氟化硫断路器较难通过，而油断路器只能做到E1级。

另外，有些真空断路器的电寿命可以大大超过此规定，而有些只能勉强达到，产品质量的良莠不能体现出来，限制了技术水平和制造水平的提高。

（2）电寿命型式试验费用的比较。

对12 kV，31.5 kA断路器，新标准电寿命试验费是20次额定短路开断电流电寿命试验费的3.17倍；而20 kA断路器新标准试验费是30次电寿命试验费的2.83倍。

如按累计电流∑I2关系粗略折算，则新标准274次的开断能力相当于额定短路开断电流21.88次的开断能力，上要多花2倍的试验费，很不经济。

尤其在中国，有成百上千家断路器制造厂，累计增加的人力、财力消耗是巨大的。

4.2 对用户的意义
（1）用户可根据断路器的使用场合来选用电寿命长短不同的断路器，以保证运行安全可靠。

（2）为推广断路器状态检修，目前开发的仪器都是测量开断时电流波形，按一定的方法加权累计（∑ Iα或∑Iαt，），当断路器累计开断电流达到该断路器开断阈值后即报警。

这就需要不同开断电流大小的转换关系，有些仪器生产厂认为触头烧损与电流平方成正比(有的制造厂将α定为1.5～2.0)，并将它设计到仪器的软件中，这对用户非常有用；也有人认为由于电弧对触头烧损的过程极其复杂，因此很难做到各种不同开断电流之间的正确转换，虽然很多制造厂提供了一些转换公式或电寿命曲线，但他们仍否定这种做法。

为避开这一矛盾，从实际概率出发，提出了“274次试验方法”。

但这种统计随着时间的延伸、产品技术的进步是变化着的，实际并不真正符合具体安装点的工况；在使用中实际开断电流是随机的，如果实际开断电流不符合274次开断电流设定的大小、顺序和次数，那么该怎样处置，怎么判断电寿命是否到头了；为了判断电寿命是否到头，仍旧不得不想办法从274次各种开断电流之间去找出电流之间的转换关系，这就又回到了上述想避开的难题。

转换关系不解决，电力部门想实施状态检修就无法实现了。

4.3 电寿命试验问题的焦点
各国向IEC 17A提出的方案我们认为都比较实际，尤其是美国方案与我国很接近。

由于采用不同的电寿命次数来分等级可以反映出不同质量、不同水平的产品，因此让用户去选用其所需要的产品，实行优质优价，这是最合理的。

问题在于不同开断电流之间的互相转换，有人认为开断一次额定短路开断相当于开断10次10%额定短路开断电流，也有人认为相当100次。

所以认为我国行业标准中电寿命次数太高了，比IEC新标准要求高得多，结果GB 1984—2003《高压交流断路器》标准采纳了这一建议。

实际对比试验也表明，按IEC标准做电寿命试
验比按30次额定短路开断电流进行电寿命试验要容易通过。

中国电寿命试验标准次数定为多少合理还有待讨论，关键是要研究出折算转换方法，那怕不那么精确，但只要实用，对用户来说是很有用处的。

致于IEC标准的规定，从目前来看应该说还存在很大的不合理性。

中国高压开关IEC工作小组还应继续努力，并联合其他国家向IEC TC17A 委员会提出电寿命试验应采纳中国电力行业标准委员会试验方案的建议，直至建议被采纳为止。

5 结论
综上所述，断路器电寿命试验在我国行业标准中的规定是合理可行的，而且已执行近20年，促进了我国真空断路器和SF6断路器的技术进步，应予保留。

以IEC国际标准有了新规定，为使我国国家标准与国际接轨，也应采纳，以利于产品出口。

为使国家标准符合中国国情，又合理可行，建议GB 1984—2003《高压交流断路器》标准中E2级断路器的规定按DL/T 402—1999《交流高压断路器订货技术条件》中E2级断路器要求修订，即IEC 62271-100《高压交流断路器》标准中的E2级断路器要求和电力行业标准DL/T 403—2000《12 kV～40.5 kV高压真空断路器订货技术条件》中E2级断路器电寿命试验的规定并列采用。