浅析断路器的机械特性测试及维护策略

钟运平

（广东电网有限责任公司河源供电局，广东 河源517000）

0 引言

断路器在电力系统中主要起保护及控制作用：保护作用是指当电力设备发生故障时，断路器接收并执行继电保护装置的跳闸命令，确保电力故障能从电网中迅速切除，从而保证电力系统安全、可靠运行；控制作用即根据电力系统实际运行的需要，将电力设备退出或投入运行，如电抗器及电容器的投入或退出。起保护作用时断路器的时间特性越小越好。在故障情况下，断路器的分合闸时间严重超标时，将导致切除故障的时间延长，使电力设备在长时间的故障电流作用下绝缘遭到损坏，甚至引起火灾或大面积停电等事故。断路器分合闸时间的严重不同期，可能导致因设备非全相切除或接入而引起的过电压、断路器触头烧损、系统并列困难等问题。

合闸时间过长会引起合闸过电压，分闸时间过长可能导致重击穿，分合闸不同期超标可能导致系统非全相运行而使保护装置误动作，破坏变压器中性点不接地系统绝缘，因此断路器的时间特性直接关系到电网的可靠运行。本文将在分析断路器分合闸时间、分合闸速度、三相不同期及低电压动作特性的基础上，深入研究造成高压断路器动作时间不合格的原因及超标处置措施，从而为确保电网安全、稳定、可靠运行提供技术支撑。

1 断路器机械特性的重要性

1.1 分合闸速度测试的重要性

（1）动触头的运动速度是表征断路器机械性能的重要指标之一，合闸速度过慢会引起预击穿时间过长并导致触头振动或停滞，最终损坏动静触头或因内部压力过大引起爆炸；（2）分闸速度过慢将延长电弧燃烧时间，导致灭弧室压力增大，轻则烧坏触头、增大接触电阻，严重时会使触头熔焊并引起断路器爆炸。

1.2 分合闸时间及不同期测试的重要性

当电网并列或发生瞬时故障时，若断路器合闸时间超过规定值，严重时将导致系统解列；若合闸时间小于规定值，当线路因故障跳闸时，会降低重合闸成功率，进而导致停电。在开断过程中，分闸时间长会引起熄弧时间延长、触头烧损，严重时可能发生断路器重击穿，并损毁电力设备。

（1）断路器三相分合闸不同期超标，将引起电力系统异常运行；（2）中性点接地系统中，断路器分合闸时间不同期会产生零序电流，可能使零序保护误动作；（3）非接地系统中，缺相运行会产生负序电流，由于三相电流不平衡运行，个别相电流可能会大于额定值而引起电力设备绕组发热；（4）在经消弧线圈接地系统中，分合闸时间不同期所引起的中性点位移，会使各相产生对地过电压，易造成绝缘击穿事故。同时零序电流易引起电磁干扰，对通信和系统运行造成安全隐患，所以断路器必须进行三相同期测试。

1.3 低电压动作特性的重要性

低电压动作特性是系统可靠性的重要保障，要求分、合闸脱扣器控制回路故障时引起的低电压或过电压情况下，断路器应能可靠分、合闸而不引起拒动作或误动作。

2 断路器机械特性超标的原因

断路器机械特性超标存在多种原因，比如三相联动断路器连杆松动走位引起三相分合闸同期性不合格，分合闸弹簧（卷簧）机械疲劳导致压（收）紧力不足，故障相行程不合格导致三相不同期超标，传动部位锈蚀卡涩引起分合闸时间不同期等。行程不合格的原因有：（1）相间连杆调整不正确，断路器断口开距偏小；（2）油缓冲器运动卡阻，缓冲行程过大；（3）触头磨损量超标（只针对对接式触头）。

3 断路器机械特性超标的调整措施

在断路器行程不变情况下，分合闸速度与分合闸时间特性是直接相关的，调整断路器的时间特性就是调整断路器的分合闸速度，应使各相的分合闸速度、时间均处于允许范围内的中间值。而三相分合闸时间与各相的电磁铁芯动作时间、动触头运动时间、传动机构灵活性等直接相关，故调整断路器的不同期可从调整断路器的电磁铁芯动作时间、动触头运动时间、润滑传动机构三方面入手。

3.1 调整断路器电磁铁芯动作时间

断路器的分合闸装置一般由分合闸电磁铁和分合闸挚子组成。电磁铁芯动作时间与线圈所加端电压、线圈电阻、线圈带电时通过铁芯的磁通量以及铁芯与挚子的间隙等因素有关，下面对这几个方面分别进行讨论：（1）测量分合闸线圈的电阻，更换电阻值不合格的分合闸线圈，确保分合闸铁芯具备足够大的电磁力及动作速度。（2）调整铁芯与挚子的间隙：铁芯与挚子的间隙过小将使铁芯冲击力减小，动作时间变长，存在因冲击力过小烧毁线圈的可能；若间隙增大将使动作时间变长，但当间隙增大到一定值时，由于铁芯已不能将挚子打开，断路器将会拒动；此外，还应综合考虑铁芯与挚子间隙大小所带来的最低动作电压的影响。（3）涂抹分合闸挚子润滑油，检查机构无锈蚀卡涩，确保各传动点灵活无卡阻。

3.2 调整动触头运动时间

（1）对于三相联动断路器分合闸时间在标准范围内但三相不同期超标情况，以三相分合闸时间的中间值相为参考相，通过调节连杆长度间接调整触头接触行程，如分闸时间不同期超出参考值，收缩分闸时间最长相的连杆，伸长分闸时间最短相的连杆；同理可调整三相合闸不同期。反复微调三相连杆并进行分合闸时间测试，待分合闸三相不同期符合规定即可。若分合闸三相不同期合格但分合闸时间超标，此时可调整分合闸弹簧的压缩量，如分闸时间合格但合闸时间过长，可调整合闸弹簧（卷簧），同理也可调整合闸时间合格但分闸时间过长问题。（2）对于三相分相操动机构的断路器分合闸时间特性不合格情况，可通过调节不合格分合闸弹簧（卷簧）压缩量进而调整分合闸时间，如调节分闸弹簧的压缩量调整分闸时间及三相不同期。

3.3 润滑传动机构

由于室外高压断路器机构受环境因素影响，常年裸露在空气中，相关零部件易腐蚀生锈，尤其是金属活动部位易因锈蚀而卡涩，在机械特性测试过程中，常遇到因机构锈蚀卡阻使得分合闸时间超标情况，遇到机构锈蚀时应使用专用除锈剂进行处理，并对机构零件进行重点润滑除污，以确保机构各部位动作灵活、无卡阻现象。

4 结语

断路器特性测试仪属于精密仪器，测试前应由专业的检验院所进行校验以确保测试数据的准确性。同时亦应避免试验方法、试验仪器及试验人员等引起的误差，传感器安装及相关接线应正确牢固，测试仪输出电压应与分合闸线圈电压一致。严格按照断路器出厂技术要求对测试数据进行分析判断，及时发现问题并进行相应处理，以提高检修质量，保障电力系统运行的稳定性、安全可靠性。

由于断路器在分合闸过程中内部物理过程十分复杂且涉及运动零部件繁多，到目前为止仍然不能用完整的数学模型加以描述，在处理故障时，应结合现场实际情况按先简单后复杂的原则有针对性地解决问题。只有在反复试验、维修中修改设计参数，才能使断路器性能不断完善，满足电力系统安全、可靠、持续供电的要求。

［1］王小华，荣命哲，吴翊，等.高压断路器故障诊断专家系统中快速诊断及新知识获取方法［J］.中国电机工程学报，2007，27（3）.

［2］宋杲，崔景春，袁大陆.1999—2003年高压断路器运行分析［J］.电力设备，2005，6（2）.

［3］徐国政，张节容，钱家骊，等.高压断路器原理和应用［M］.北京：清华大学出版社，2000.

［4］张健，石结银.对断路器分（合）闸保持回路的一点改进［J］.电力自动化设备，2004，24（9）.

［5］龚蔚.高压断路器在线监测和状态评估系统的研究［D］.沈阳：东北大学，2008.

［6］李琦.高压断路器机械特性在线监测研究［D］.北京：华北电力大学，2011.