126GIS断路器分闸弹跳的原因分析

2015-12-16董文龙于纯祥刘全都

电力与能源 2015年3期

董文龙，于纯祥，刘全都

（正泰电气股份有限公司，上海 201614）

断路器是GIS的主要组成元件之一。在频率为50Hz、额定电压为126kV的交流电力系统中，断路器能关合、开断、承载正常回路条件下的电流，并能关合、在规定时间内承载和开断异常回路条件（如短路条件）下的电流，是重要的保护、控制用开关设备。

断路器的弹跳是随机发生的，在某些特定条件下断路器在合闸、和分闸过程，产生弹跳，可以发生在三相共箱式断路器上也可以在单极断路器或发电机保护断路器上。其主要是在产品分闸时，铜钨弧触头脱离接触前的一段时间，合闸时铜钨头刚接触，附近的一段时间内发生弹跳。国家标准关于弹跳没有明确的规定，但是弹跳对于设备具有一定影响，是产生操作过电压的因素之一。研究和减少开关设备弹跳势在必行，由于分闸过程弹跳影响更大所以下面对弹跳做重点研究。

1 分闸弹跳的过程

分闸弹跳是在动侧主触头和静侧主触头分开后，动弧触头和静弧触头还没有完全分开之前，电阻值剧烈变化引起，包括接触面电阻和收缩电阻组成。接触面电阻是铜钨合金表面氧化层及接触压力的变化，由于动触头运动为曲柄压杆机构动触头经两个约束点的作用下近似直线运动，但是运动是分别靠向两端间隙，造成接触不良。由于震动加剧了接触不良，即动弧触头和静弧触头接触、分开又接触的过程，通过开关特性测试仪的测试可以检查到分闸过程的弹跳，分闸弹跳特性图如图1所示。

图1 分闸弹跳特性图

通过实验及工程案例的测试，分闸弹跳时间大部分在5.0ms以内，从动侧主触头和静侧主触头分开，到动弧触头和静弧触头分开的时间，表1是B相两次弹跳，弹跳时间是从第一次弹跳到触头完全分开3.7ms。

表1 B相两次弹跳

2 分闸弹跳的影响

分闸弹跳过程和合闸弹跳一样也会产生较高的过电压影响，在开断短路故障时产生过电压的大能量，对灭弧室的触头烧损严重，同时对整个电网的稳定性产生影响，通过数字存储示波器手动分闸断路器测试波形如图2所示，从波形图中能够显示出分闸弹跳过程中产生的过电压值幅值和频次，其峰值近似于CB端口电压的两倍。数字存储示波器测调CB端口分闸信号原理图如图3所示。

图2 示波器测试图

图3 数字存储示波器测试CB端口分闸信号原理图

如果断路器在运行状态，断路器分闸并发生弹跳，将导致系统内部电容、电感元件之间电磁能量互相转换，并形成强阻尼振荡过程在3倍左右的过电压。如图4所示。

分闸弹跳的现象，在现场安装公司使用的不同厂家的开关特性测试仪，对测量同期结果的影响，通常用于测量真空断路器的开关特性测试仪，计量方式如图5所示。

分闸同期测量值是5.1ms，计量方式是从第一个弹跳断开始瞬间到三相完全断开。同一台产品换用石家庄汉迪电气公司的开关特性测试仪，测量的分闸同期是1.1ms，此仪器的计量方式是，从三相触头完全断开后的时间差，如图6所示。

图4 断路器在运行状态波形示意图

图5 分闸弹跳特性图

图6 分闸弹跳特性图

3 影响分闸弹跳的原因分析

拐臂的运动是曲线运动，拉杆是靠无油轴承约束变为直线运动，支持筒中和无油轴承配合的拉杆的加工配合尺寸，是直接影响分闸弹跳的主要因数，动触头在运动过程中受到支持筒中两个无油轴承的约束，如图7、图8所示。

图7 动触头结构图

动侧主触头和静侧主触头分开后就降低了动触头的约束力，当约束间隙较大时，更是降低了动触头运动的直线度，非直线运动使得动弧触头和静弧触头间产生震动，接触与非接触的现象，另外由于动触头运动的动力源是圆弧运动，当有间隙存在时，动触头的末端（动弧触头）的稳定性更差。实践工程中这种弹跳比较固定，时间在2～5ms，通过调试无法消除。