断路器的性能综述

吴佳阔+高阳+高广政+钟宏宇+赵家志+赵俊

摘 要：在电力系统配电网络中，10kV等级的开关断路器是最重要的设备之一，其数量庞大、分布十分广泛，对该电压等级断路器的运行状态进行试验研究、对其性能和寿命做出分析评判有十分重要的意义。本文从机械性能、绝缘性能和电气性能三方面评判断路器的性能。对提高断路器运行的可靠性与稳定性具有重要意义。

关键词：10KV断路器；机械性能；绝缘性能；电气性能；可靠性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.148

1 引言

在电力系统中，断路器是非常重要的电器设备之一，作用是用来实现电力线路的关合、开断、保护和控制[1-5]。如果它们在运行中发生故障或者误动作，将会造成十分严重的后果，则会影响到电力系统稳定的正常运行。在电力系统配电网络，10KV断路器是重要设备之一，其数量庞大、分布十分广泛，发生故障的几率比较高，危害也是比较大的。1999-2007年发生的1500次事故，按断路器的电压等级进行划分，可以发现，10KV等级的断路器发生909次故障，所占比例则高达60.6%[6]。可见比重之大。所以研究断路器的性能具有十分重要的意义。

在实际运行中，有许多因素会造成断路器的性能降低、寿命缩短，还可能导致故障，这些因素主要有机构零部件的磨损和卡涩、绝缘件的绝缘性能降低、电触头的烧蚀磨损、波纹管的疲劳锈蚀等。因此，多项试验对断路器进行分析研究，期望得到对断路器运行一段年限后性能和寿命状况的一个技术评判[7]。

2 断路器的性能

2.1 断路器的绝缘性能

对于高压开关来说，其中一个很重要的质量指标是绝缘性能，其对设备和人身安全起到十分重要的作用。当绝缘失效，就会造成对地或者相间的短路，当电弧在无拘束时，会造成巨大的经济损失，还会对人造成伤害等事故，所以，对断路器绝缘寿命的评判十分重要，电力部门的交接试验、出厂试验、高压开关的型式试验和电力部门的交接试验中，高压开关的绝缘性能试验都是必试项目。对断路器试品进行局部放电测量试验和工频耐压试验，并在一次回路绝缘件，进行局放测量，用来评判其在运行一段时间后的局部放电水平和耐压水平。

想要考查断路器的绝缘性能，可以安排的试验有：断路器的耐压实验、断路器整体的局部放电实验、绝缘件的局部放电实验、灭弧室的耐压实验。局部放电是指在电场作用下发生在绝缘体内局部区域中的放电现象，而绝缘体整体部分并未发生贯穿性放电，仍保持绝缘的性能。各种有机绝缘材料的广泛应用，开关设备电压等级的提高，对于电力设备来说，局部放电问题十分的严重。局部放电是造成绝缘劣化的重要原因，因此，对于开关设备的安全稳定运行来说，局部放电进行有效检测具有重要意义。

2.2 断路器的机械性能

对于机构等可动部件来说，长久放置也可能引起润滑油老化，零部件锈蚀及润滑油老化等，断路器多次分合会造成机械磨损，因此我们需要评估断路器的机械性能。通过操动机构零部件的检测、机械动作试验、波纹管表面锈蚀（斑）点观察和电镜能谱分析、低电压动作试验、灭弧室真空度等参数测量，用来评判断路器的机械性能。

想要考查断路器的机械性能，可以安排的试验有：灭弧室真空度等参数测量、机械特性试验、低电压动作试验、波纹管表面锈蚀（斑）点观察和电镜能谱分析操动机构零部件的检测。

2.3 断路器电性能

电寿命的问题，指的是断路器运行时长期通过电流，可引起一次回路零件绝缘件性能劣化，短时分合电流时，电弧会使触头烧损，导致灭弧室的电气性能降低，这就有了灭弧室和断路器的电气使用寿命。通过主回路电阻测量、温升试验和灭弧室接触电阻测量来评判断路器的长期通流能力；开断关合电流试验，考查断路器开断关合大电流的能力；最后对触头浅表层结构和纵剖面结构进行理化分析并检测屏蔽筒附着物成分，掌握灭弧室在开断大电流后触头和屏蔽罩的烧蚀状况。

为考查断路器的电性能，可以安排的试验有：灭弧室接触电阻测量、触头浅表层结构扫描电镜和能谱分析及纵剖面金相结构电镜观察、温升和主回路电阻试验、开断关合电流试验、屏蔽筒附着物成分检测。

3 断路器性能分析

本文从机械性能、绝缘性能、电气性能三方面对断路器的质量和性能进行评判。通过断路器的耐压和局放试验、机械动作实验和操动机构中相关零部件的拆解分析、温升试验、回路电阻测量和开断关合电流试验等，获得断路器的机械特性参数、机构零部件尺寸变化、局放TEV数值等一系列很有价值的数据。利用项目研究的相关数据和EMTDC电力系统仿真软件中建立的断路器模型，对断路器的性能及使用寿命进行建模分析。

4 结論

研究断路器的绝缘性能、机械性能、电性能，从而能够更好的判断断路器运行的可靠性。对于判断路器运行状态的研究具有的重大意义。

参考文献：

[1]高阳，贺之渊，王成昊等.一种新型混合式直流断路器[J].电网技术，2016，40（05）：1320-1325.

[2]仇炜，黄怀辉，高春河等.10kV开关柜局部放电测量与缺陷分析[J].电气开关，2012，50（06）：57-61.

[3]饶宏.南方电网大功率电力电子技术的研究和应用[J].南方电网技术，2013（01）：1-5.

[4]王俊波，章涛，李国伟.在线检测10kV开关柜局部放电方法研究[J].绝缘材料，2011，44（06）：60-64.

[5]黎斌.断路器电寿命的折算、限值及其在线监测技术[J].高压电器，2005，41（06）：428-433.

[6]Balestreor Andrea，Ghezzi Luca，Popov Marjan，van der Sluis Liu.Current Interruption in Low-Voltage Circuit Breakers.IEEE Transactions on Power Delivery， 2010，25（01）：206-211.

[7]BreHold David，Matwijec Patricia，RULES FOR TAPPING molded case circuit breakers. Consulting-Specifying Engineer，2010， 47（03）：47-50.

作者简介：吴佳阔（1992-），男，辽宁海城人，研究生，研究方向：风力发电。endprint