断路器电寿命烧蚀情况与动态电阻关系试验研究

断路器电寿命烧蚀情况与动态电阻关系试验研究

发表时间：2019-09-19T09:41:46.530Z 来源：《电力设备》2019年第8期作者：曹蕤1 吕红红1 王昊2 赵培1 辛昭昭1 武星1 [导读] 摘要：动态电阻可以反映断路器在分合闸瞬间弧触头烧蚀的情况，从而间接反映断路器状态及后续开断的可靠性，为研究断路器电寿命可靠性提供新的思路。 (1西安西电电气研究院有限责任公司陕西西安 710075;2西安高压电器研究院有限责任公司陕西西安 710077) 摘要：动态电阻可以反映断路器在分合闸瞬间弧触头烧蚀的情况，从而间接反映断路器状态及后续开断的可靠性，为研究断路器电寿命可靠性提供新的思路。本文对某550kV开关进行长期跟踪与试验数据记录，并通过动态回路电阻测量，研究断路器全寿命等效开断次数与动态回路电阻特性之间的关系。研究表明刚分点电阻与等效开断次数极强相关，且具有一定单调递增的趋势。

关键词：高压；SF6断路器；等效开断次数；动态电阻引言

随着高压开关技术的发展和进步，SF6断路器逐渐占据高压开关行业的主导位置[1]，这类产品通流能力和开断能力强、运行可靠性高、使用周期长，给用户带来极大的方便。随着设备总量的增加和服役时间的推移，早期应用于电力系统的SF6断路器逐渐老化，其电寿命问题日益突出，是导致非计划停运和故障的重要原因[2-3]。对于SF6断路器来说，“电寿命”与“不经检修的连续开断能力”为同一事件，即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。在IEC 62271-100和GB/T 1984-2014中对电寿命试验都有明确的规定。只完成基本短路开断试验，具有基本的电寿命的断路器，定义为E1级断路器；除基本短路开断试验外，还完成了电寿命试验，具有延长的电寿命的断路器，定义为E2级断路器。此外，标准对电寿命试验中试品状态、开断电流、开断燃弧时间以及电寿命分类均有明确的规定[4-6]。动态电阻可以反映断路器在分合闸瞬间弧触头烧蚀的情况，从而间接反映断路器状态及后续开断可靠性，是研究断路器开断可靠性的一个方向[7]。近年来，基于动态回路电阻判断断路器开断可靠性的研究工作取得了一定进展，但尚未找到行之有效的判据[8-12]，仍需进一步进行研究，揭示动态回路电阻及机械特性和触头烧蚀的关联关系。本文针对灭弧室电寿命烧蚀试验与可靠性研究的需求，研究压气式灭弧室寿命和可靠性评价指标，提出电寿命烧蚀情况测试试验的研究方案，并通过对某550kV断路器的长期试验数据的跟踪、记录，结合拆解前灭弧室动态电阻测量数据及灭弧室开断数据的归算、分析和总结，寻找与断路器电寿命烧蚀密切相关的分合闸参数，为探究断路器电寿命可靠性研究提供方向。

1 电寿命与动态电阻关系研究方案本文以某550kV断路器为研究对象，进行长期试验及检修的数据跟踪、记录和测量，整个研究过程包括断路器离线测量、开断试验以及数据处理三个部分，用以探究断路器电烧蚀的变化规律和在不解体情况下能够反映电烧蚀程度的特性参数。动态回路电阻测量的各参数中，评价断路器电寿命的关键参数包括：弧触头行程、动态主回路电阻以及弧触头电阻[13]。整体研究过程如图1所示。需要注意的是，断路器在长期运行以及实验室开断试验电流时，出现电寿命试验中规定顺序及燃弧时间的开断情况微乎其微，更多情况下，工程技术人员关心的是断路器在整个寿命周期中所处的状态，进而评估断路器是否需要进行检修，因此，本文所研究的电寿命次数为将多次不同电流条件下开断等效归算为额定短路开断电流及统一燃弧时间下的等效电寿命开断次数，并以此作为后文进行可靠性研究对比、分析的基础。

图1电寿命与动态电阻关系研究方案 1.1断路器开断研究试验 1.1.1 试验样机

本文以某550kV双断口压气式断路器作为跟踪研究对象，断路器额定电压为550kV，额定短路开断电流为63kA，其基本参数如表1所示。被试断路器如图2所示。表1 被试断路器基本参数

图2 被试断路器外形图

1.1.2试验研究方案

1）开断试验

本文对被试断路器进行长期跟踪及试验数据记录，在跟踪记录期间，被试断路器按照试验标准要求进行不同短路电流的开断试验，灭弧室在不同开断次数和不同开断电流的电烧蚀作用下将形成不同的烧损状况，本次研究统计一段时间内被试断路器所参与的开断试验，记录每两次检修之间被试断路器的开断电流和燃弧时间等数据，进而计算被试断路器从检修至离线测量时的额定短路开断电流等效开断次数。

2）断路器特性参数离线测量

被试断路器检修前，采用动态电阻测试仪进行参数测量，记录被试断路器的行程-时间特性曲线、动态电阻及触头刚分点（刚合点）位置，用于后续计算断路器超行程。动态电阻测试回路见图3，其主要由试品断路器、断路器动特性测试仪和大容量电源组成。其中测试电源采用超级电容器组，测试中可提供瞬时输出最大3kA的测试电流，相比较小电流测试，更加接近实际工况下断路器电阻的测量值。

3）数据分析，规律总结

以采集整理的试验及测量数据为基础，分析开断电流和等效开断次数、灭弧室烧蚀状况与断路器特性参数之间的关系，绘制散点图，进而探究断路器等效开断次数增加过程中关键零部件特性参数的变化规律。

图3 动态电阻测试回路

2 试验结果及分析

2.1试验采集数据

在被试断路器拆卸前/试验前，对新装和已进行一定开断次数的断路器，使用断路器动特性分析仪进行动态回路电阻进行测量。共测试新装及待检修断路器10台次，获得动态电阻曲线、U-t/I-t曲线和电阻数据，动态电阻实际曲线示例见图4、图5。

由动态回路电阻测试数据中读取分合闸参数：从动态电阻曲线中读取刚合点行程（Dh）和刚分点行程（Df），分别如图4中的1点和2点处的行程；从U-t/I-t曲线中读取刚分点处电阻（Rf），如图5中1点的电阻值，从稳态电阻数据中读取电阻最小值为稳态电阻（Rmin）。（注：图4及图5为一次测试的示意图，旨在了解数据采集标准）

图4 动态电阻曲线

图5 动态回路电阻测试U-t/I-t曲线

2.2等效开断次数归算

2.2.1 开断次数归算方法

与断路器电寿命试验不同，开断试验中被试断路器开断电流往往达不到额定短路电流值，本次研究中通过累计开断电流的电流能量法