高压断路器触头间介质恢复强度特性测试 方法及试验线路研究

王占国 张建新 赵建沛 吴盛刚 李彦如

（1. 平高集团有限公司 2. 河南省高压电器研究所）

0 引言

随着电网电压等级和系统容量的不断增加，对高压断路器开断短路电流及容性电流的性能要求越来越高，在快速有效开断大小电流且保证断路器使用寿命的基础上，断路器触头运动速度、触头间介质恢复强度等力学和电气特性，对断路器的开断能力起着十分关键的作用。如果能测试到断路器触头间的空载及负载介质恢复特性曲线，可以很直观地把它与标准规定的瞬态恢复电压（TRV）曲线做比对，从而达到用产品触头间的介质恢复强度来间接判断产品的开断能力。

1 交流断路器熄弧的机理

在断路器开断交流电路时，电弧能量、燃弧时间以及触头运动速度都是影响断路器介质恢复强度特性的重要参数，也是衡量断路器开断性能的主要依据。

交流断路器开断电路时，断口间产生电弧，能否使电路顺利开断，主要是看电弧电流过零之后能否阻止断口的电弧重燃。如果弧后断口间的介质恢复强度始终高于断口间TRV强度，则电弧熄灭，否则就会产生重燃，使开断失败。

2 试验线路的设计及工作原理

该试验线路是一种新型的合成试验回路，工作原理新颖。试验线路原理见图1。

图1 试验线路原理图

从图1可见，其电流源回路同常规，但电压回路产生的恢复电压为一上升的对数波形，且波头、电流及电压均可调节（见图2）。在此电压作用下，试品触头（灭弧室）会不断地被击穿，直至开距逐渐加大，介电性能逐渐提高，最终不再发生重燃为止（见图3）。

图2 测试空载及负载特性试验时的电压回路恢复 电压波形（对数波形）及TRV包络线

图3 预期的恢复电压波形（效果图）

将多次击穿电压的顶点连成一条曲线（可能要进行圆整处理），则这条曲线就是该试品的实际介质恢复强度特性曲线。若将获得的特性曲线与相应试验方式下标准规定的TRV波形（见图2）作比对，则可发现两条曲线是否有相交（相切）点，有就表示会发生重燃，无相交点，则表示能顺利有效开断。

3 试验线路元件参数的计算原则及具体要求

1）负载电阻hR、分压器FY要尽量靠近被试开关，以尽可能减小试品侧的等值电容，否则会影响波头陡度。

2）最好用高阻值及小电容值的阻容分压器来测触头间的介质恢复强度波形，此波形是锯齿状上升波形（见图3）。

3）负载电阻要足够大，使高压回路的电流hi＜2A（幅值），且自身电感要尽量小，这就要求采用无感绕制。通常选取Rh为100多千欧；hC为4～6μF可调。

4）阻容分压器的电容FYC要尽量小，最好≤ 300pF，FYR要高阻值的，最好＞10MΩ。

5）主电容hC的充电电压，主要由被试品的额定电压等级来确定。对于126kV级的断路器，充电电压为：空载试验时chu≈220kVDC；负载试验时chu≈DC235kV。总的原则是要高于相应试验方式TRV的峰值uc。

4 试验操作程序

1）做空载特性试验时，在SP分闸前（触头分开前）约1～2ms投入电压回路（触发GQ）。在SP开断小电流ih后，触头间施加对数波形的恢复电压，使之不断击穿后熄灭，形成锯齿状上升的介质恢复电压波形。

2）做负载特性试验时，在SP开断前（熄弧前1～2ms）让GQ动作，投入电压回路。此种工况下，SP状态是刚开断短路电流，灭弧室中的电热状态与直接试验相同，此时再施加上述的对数波形恢复电压，实测触头间的介质恢复强度特性。SP的燃弧时间，按短燃弧、中及长燃弧，各一次。

3）空载试验时GQ由试验程控器BE 3200参照SP分闸时间来发出点火指令，负载试验时，GQ由同步装置来发出点火指令，越前时间控制在约1000μs。

5 预期的恢复电压波形（见图3）

该波形不是某特定被试开关以及图2标示回路参数下测得的断口介质恢复强度曲线，是供参考的效果波形，因为该特性曲线是不能用仿真方法来获得的。

6 结束语

本课题研究的目的是希望在一种新产品的研制过程中，在样品试制阶段就用测试触头间的介质恢复强度来间接判断该新产品的开断能力，以达到缩短研制周期，节省试验时间和费用。特别适用于开断容性电流，要求具有高电寿命的专用开关中间阶段的检查判断测试。当然对于已经投入现场使用过一段时间的断路器，也可以用这个方法来抽查判断其电寿命开断性能。

从图2标示的126kV级试验回路参数所得的仿真波形可见，对两参数TRV的峰值CU（A′点），指数波形的恢复电压曲线尚未覆盖A′点，可采取适当提高充电电压chU或提高指数波头陡度来解决，对于四参数的TRV包络线，已经被完全覆盖。

[1]GB 1984—2003 高压交流断路器[S].

[2]徐国政, 著. 高压断路器原理和应用[M]. 北京: 清华大学出版社, 2000.