真空断路器合闸弹跳浅析

庞日成?张月圆

摘 要：合闸弹跳是真空断路器的一个重要机械特性参数，在合闸弹跳过程中，确保其可靠性、稳定性是非常重要的。本文介绍了真空断路器的合闸弹跳的定义，分析了影响真空断路器合闸弹跳值大小的因素，并结合多年调试真空断路器的实践经验，总结出了几种减小真空断路器合闸弹跳的方法。

关键字：真空断路器；合闸；弹跳

合闸弹跳在GB和IEC标准中并无明确定义，一般理解为合闸弹跳是指断路器在合闸过程中动触头与静触头碰撞接触后被反作用力推开，然后再接触再被推开的现象。该过程经过几次反复的运动，最终在允许的时间范围内停止，合闸弹跳与短路电流大小没有关系。合闸弹跳是真空断路器特有的一个现象，之所以能产生弹跳，是由真空断路器自身的结构决定的，因为真空断路器动静触头的接触方式是平面对接式的，而不像SF6断路器那样采用插入式接触，在合闸接触碰撞后必然会有弹跳现象。像断路器、负荷开关等开关结构，都是通过动触头与静触头的接触来实现电流的开断与接通的，动静触头在接触时，如果速度过慢就会产生很大的拉弧现象，对触头的危害很大，很容易烧毁触头，所以在分合闸时必须保证有足够的速度。然而速度是用力来保证的，速度越快，相应的力就越大，相互碰撞接触的铜触头的弹性势能也就越大，这就是所谓的合闸弹跳。合闸弹跳时间是指断路器在合闸时，触头从刚接触的一瞬间开始计时，经过完全接触，随后产生分离，这样反反复复的触离，直到最后达到稳定接触之间的时间。从本质上说，这是一种受迫阻尼振荡，振荡的频率、振幅取决于动触头系统的质量、速度、弹簧的倔强系数及碰撞后的阻尼情况。在实际运行过程中，当然合闸弹跳越小越好，这样会使动静触头的有效接触面积增大。但是究竟小到什么程度呢，也没有一个很明确的标准。很多真空断路器厂家将合闸弹跳时间规定为小于2ms，之所以要小于2ms，主要是因为合闸弹跳的瞬间会引起电力系统或设备产生LC高频振荡，振荡产生的过电压对电气设备的绝缘可能造成伤害甚至损坏。而当合闸弹跳小于2ms，不会产生较大的过电压，设备绝缘不会受损，在合闸时动静触头之间也不会产生熔焊。 对现代的真空断路器技术而言，只要弹跳的幅值和时间在合理范围内，合闸弹跳对电力系统和断路器本身没有不良影响。

下面就将合闸过程作简要分析：

合闸时，动触头在操动杆的带动下，相对于静触头做向上的合闸运动。合闸时触头的瞬间撞击力F是决定断路器产生弹跳大小的关键因素。设碰撞前后的速度分别为v前，v后作用时间为t，由动量定理可知：

当作用力F减小时，弹跳时间也会随之缩短。通过上式，我们不难发现，要实现减小触头撞击力F的目标，主要有以下三种方法：

（1）降低动触头系统的总质量m。缩短导电杆的长度，减小导电夹、软连接的尺寸，选用轻质的绝缘子等可以实现这个目标。

（2）减小碰撞前后速度的差值。但这又不能仅仅通过减小合闸速度v前来实现。因为如果v前小于0.6 m/s时，合闸功将不足，反而会加剧弹跳的幅度。因此只能尽量减小v后，甚至使其接近于零。为了实现这个目的，我们需要在动触头系统上加装压缩弹簧，当断路器合闸时弹簧压缩，产生一个预压力即触头的初压力，用来抵消动触头的回弹力。

（3）使动静触头的碰撞时间t增大，有两种方法实现：一是生产断路器时设法使断路器的动静导电杆的同轴度，在整机调整时还要把断路器装正，尽可能使两触頭为平面接触，不要形成线或点接触；二是在静端使用缓冲元件，如橡胶垫圈、油缓冲器等，以增加撞击接触时间。

此外，动静触头的材料也是影响合闸弹跳的重要因素，安装、调试质量、零部件如铝支座、灭弧室、轴销、换向器的加工精度也都可以影响真空断路器合闸弹跳时间的长短。根据总结出的原因，结合多年的检修经验，我们还可以采取下列措施来缩短弹跳时间。

（1）提高相关配件的加工工艺，使铝支座与轴、换向器与钢销、轴等各个部分能紧密配合，减小间隙。

（2）提高装配工艺质量，在真空断路器装配过程中，注意安装合理，不使真空灭弧室受到额外应力，调整导向管的位置，使灭弧室动触头运动轨迹在灭弧室的轴心上，真空灭弧室动触头活动自如，无任何卡涩。

（3）适当加大触头超程弹簧预压力。

断路器的各项性能参数是相互影响的，调整要从多方面周全的考虑。此外，一些公司不能很好地把握真空断路器的某些重要零部件的生产工艺，比如在金属材料的调质处理上，刚度、韧性不适度，致使开关动态参数与静态参数偏离严重，直接影响了真空断路器开断的成功率，影响了开关的使用寿命，因此生产厂家对此应给以足够的重视。只有从各个方面综合考虑，从各个方面加强技术把关，才能有效的降低断路器的合闸弹跳。

参考文献

[1]张成涛，变电一次主要设备检修方法与分析[D] 华北电力大学（北京）2010：67.

[2]张文渊，真空断路器合闸弹跳的危害性[J] 供用电 2011.

作者简介

庞日成（1989-），男，大学本科学士学位 ，助理工程师，从事变电检修工作；

张月圆（1987-），男，大学本科学士学位 ，助理工程师，从事用电检查工作。