高压真空断路器机械特性故障诊断研究

闫毓红 张鸿鹏

摘 要：电力系统能否得到有效控制是直接影响高压真空断路器的因素之一，高压真空断路器的可靠运行才能使得电路系统的正常高效运转。依据断路器的关键性功能，工作中要实时的监测真空断路器的运行状态。文章就高压真空断路器故障诊断系统的原理和方法进行简要说明。

关键词：高压真空；断路器；故障诊断

1 概述

高压真空断路器是一个控制电网运转并且对电网有重要保护作用的电力系统中一个比较关键的开关设备。在一般运行状态下它能够通过控制开合断路器来投入或切除相关的线路设备，变换电网的运行状态。当线路设备出现问题时，它及时地把出现问题的设备和运行之中的电网切断联系，以达到电网的安全和稳定运行。如果断路器纠正系统没有出现问题的不规范的动作，则会导致事态越发的变坏，严重的时候将会导致整个系统的崩溃。因此保證高压断路器的良好性能、稳定可靠关系到整个电力系统是否安全稳定运行，这个十分重要。

真空断路器不仅具有体积小、重量轻、可靠性高、可以承受频繁操作，而且能及时断电避免火灾，系统维护少等优点。这些优点使得真空断路器能迅速在各个电力部门被广泛的应用并且得到相关技术人员的认可。目前我国真空断路器的制造技术基本上达到了国际同行业同类型产品的要求，这代表着我国高压真空断路器的设计、生产和应用进入了一个新的发展阶段。

2 基本结构和工作原理

真空断路器主要由三大部分组成：真空灭弧室、电磁或弹簧操动机构、支架及其他结构。其工作原理是：当动、静触头在操作机构的作用下分闸时，触头间产生电弧，触头表面在高温下挥发出蒸汽，由于触头设计为特殊形状，在电流通过时产生一磁场，电弧在此磁场作用下沿触头表面切线方向快速运动，在金属圆筒上凝结了部分金属蒸汽，电弧在自然过零时就熄灭了，触头间的介质强度又迅速恢复起来。

3 确定高压真空断路器主要机械特性参数

主要机械特性参数是通过对特性曲线的合理分析，从原理上阐明系统对断路器运行参数，反映的客观性和准确性。对几个重要参数的标定方法如下。

3.1 开距

真空断路器的额定电压和耐压直接决定着触头开距，如果额定电压低的话触头开距一般选择小点。但是不能太小，否则分断能力和耐压水平会受到影响。也不能太大，否则灭弧室的波纹管寿命会缩短的。在设计的时候，满足运行要求的情况下选择开距小的。一般额定电压在10kV时，开距通常在8～12mm。在35kV时，开距通常在30～40mm。

3.2 接触压力

在无外力作用时，动触头在大气压作用下，对内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。当灭弧室在工作状态时，自闭力不能保证动静触头间良好的接触，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。接触压力作用有：保证动、静触头的良好接触；满足额定短路状态时的动稳定要求；抑制合闸弹跳；为分闸提供一个加速力。

3.3 接触行程

接触行程就是触头弹簧的压缩距离，触头压弹簧施力端继续运动至终结的距离。接触行程有两方面作用，一是给触头弹簧与对接触头提供接触压力；二是在运行磨损下但是又能具有一定的接触压力。一般接触行程可取开距的20%～30%左右，如果真空断路器的额定电压在10kV则接触行程大概为3～4mm。

3.4 合闸速度与分闸速度

平均合闸速度主要影响触头的电磨损。假如合闸速度太低并且电弧存在的时间过长，会增大触头表面的电磨损；合闸速度太高，可能会出现接触又弹回，产生合闸弹跳。断路器的平均合闸速度通常取0.6～1.0m/s之间的数值。

断路器的分闸速度一般而言速度越快越好，这样可以提前几个毫秒断开故障电路，反弹太大震动过剧亦容易产生燃弧重燃。分闸速度如果太慢，则首开相延续至下一相，燃弧时间加长了，增加了开断的难度。速度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。我公司生产的10kV真空断路器，平均分闸速度在1.2～1.6m/s范围