10kV开关机械特性运行状态试验研究

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(国网安徽省电力公司，安徽 合肥 230061)

10kV开关机械特性运行状态试验研究

胡世骏，陈存林，张炜，叶海峰

(国网安徽省电力公司，安徽 合肥 230061)

本文以从电力系统中淘汰的具有若干运行年限的10kV真空断路器为研究对象，通过多种试验和测试手段检测其性能参数，了解各参数的变化情况，期望得到对断路器运行一段年限后其电气性能和机械性能以及寿命状况的一个技术评判。通过机械动作试验、温升试验等，获得了断路器的机械特性参数、机构零部件尺寸变化等一系列很有价值的数据。在对试验现象和试验数据进行整理分析后得出：VS1断路器在运行5～9年后，研究中发现的主要问题是绝缘拉杆组件出现松动或力值下降，但其开断能力也能够满足要求。

真空断路器；机械性能；寿命

1 引言

10kV等级的开关断路器是电力系统配电网络中的重要设备，其数量众多、分布广泛，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[1-2]。本文以从系统中淘汰的具有若干运行年限的10kV真空断路器为研究对象，通过多种试验和测试手段检测其性能参数，了解各参数的变化情况，期望得到对断路器运行一段年限后其机械性能以及寿命状况的一个技术评判[3-4]。

2 断路器机械性能的试验与评价

断路器多次分合可造成机构等可动部分的机械磨损，长久放置也可能引起零部件锈蚀及润滑油老化、干枯等，因此需要对断路器的机械性能进行评估。以下通过机械动作试验、低电压动作试验、操动机构零部件的检测、灭弧室真空度等参数测量、波纹管表面锈蚀(斑)点观察和电镜能谱分析，来考查断路器的机械性能。真空断路器的机械稳定性和可靠性降低的原因主要是操动机构机械性能下降所致。真空断路器在运行中，由于各种因素的影响，其操动机构常出现各种各样的缺陷或故障，如运动部件卡涩、轴销脱落、油缓冲器失效或弹簧失效等。

对VS1真空断路器进行机械特性试验主要是检查在经历了一定的运行年限后其操动机构的性能指标的变化情况，是否还能达到技术条件规定的要求。运行中的高压断路器，在正常的直流电压下，当在正常的手柄操作、自动重合闸、继电保护动作分闸等情况时，均应保证可靠关合。断路器正常分、合闸依赖于二次回路尤其是分、合闸电磁铁的可靠动作。二次回路一般是在额定电源电压下工作的，当电源电压出现异常时，可能使分、合闸电磁铁无法按指令正确动作，造成断路器误动或拒动，比如当变电所的直流电源容量降低较多或电缆截面选择不当，电阻过大时，由于直流压降损失太大，分、合闸线圈往往不能正确动作。在多路断路器同时分、合闸时更是如此。此外，在直流系统绝缘不良，两点高阻接地的情况下，在分闸线圈两端，可能引入一个数值不大的直流电压，当线圈动作电压过低时，就会误动作，导致断路器误分闸，或造成合闸线圈烧毁[5-6]。

断路器的误动和拒动不但严重降低了系统运行的稳定性和可靠性，甚至会引发事故或使事故范围扩大，也会对断路器自身带来损害，因此，相关标准对断路器动作时的分合闸装置工作电压范围作出了明确的规定。真空断路器操动机构分闸电磁铁的最低动作电压应在操作电压额定值的30%～65%之间，即66～143V之间；合闸电磁铁的最低动作电压应在操作电压额定值的30%～80%间，即66～176V之间[7-8]。

利用机械特性测试仪对断路器进行低电压动作试验。先降低控制回路电压，在每次升高一定值的过程中，实施分合闸操作，反复进行，缩小范围，查找分合闸最低动作电压的精确值。最后将试验结果在图1中示出。

从试验结果中可以看出，各断路器的分合闸最低动作电压虽差异较大，但全都位于90～125V之间的范围内。分闸最低动作电压各数值中，8号断路器的最高，达到了125V，12号断路器的最低，为91V；合闸最低动作电压各数值中，6号断路器的最高，达到了125V，1号断路器的最低，为90V。13台断路器都已运行了一定年限，而分合闸最低动作电压都在规定的范围之内，保证了断路器动作的可靠性。

断路器性能的降低归根结底都是由内部的零部件造成的，在完成整体试验后拆解断路器的操动机构，对其中的各零部件进行检测和试验，以期找出影响断路器质量和性能的根本原因。

图1 断路器低电压动作试验结果

动触头在大气压作用下，对内腔产生一个闭合力使其与静触头闭合，称之为自闭力，其大小等于拉开动触头至刚分时的力值，而反力是拉开动触头至额定开距时的力值。

标准要求真空灭弧室的自闭力、反力分别为140N±50N和230N±50N。常规工艺灭弧室的自闭力和反力的平均值分别为152N和225N，而一次封排工艺灭弧室的自闭力和反力的平均值分别为117N和208N，相对较小，从下面的图中也可以看出常规工艺灭弧室的自闭力和反力与标准值较接近，而一次封排工艺灭弧室的测量值普遍低于标准值。

经解剖发现，一次封排工艺灭弧室波纹管均无锈蚀痕迹，而部分常规工艺灭弧室的波纹管内壁出现微小的褐色斑点。裁下含有褐色斑点的部分进行能谱分析，结果如图2所示。

图2 两处褐斑的能谱分析结果

另取光滑、洁白的波纹管进行能谱分析，结果见图3，作为与褐斑分析结果的对比。波纹管由不锈钢制成，从能谱分析结果可知，洁白光滑无锈蚀的波纹管主要成分是Fe，含量最高，接近70%，第二大成分是Cr，约占15%左右，另外还有少量C、Si、Mn、Ni等元素；两处褐斑的成分中除了也含有这些元素外，主要的变化是多出了氧元素，含量分别为7.88%和15.65%，Cr元素含量无大的变化，而Fe元素含量下降，含量降到62.18%和54.07%，另外还多出了微量的Ti、Al等元素。因此估计褐斑就是波纹管部分遭到锈蚀形成的Fe的氧化物和波纹管化学处理后所残留的Ti、Al等的氧化物。

波纹管表面经处理后有金属粒子残留和空气湿度较大是导致波纹管发生锈蚀的主要因素，应尽量予以避免。

图3 无锈蚀波纹管能谱分析结果

3 结论

通过机械动作试验获得了断路器的机械特性参数、机构零部件尺寸变化等一系列很有价值的数据，可以得出以下结论：部分运行5～9年的断路器出现了时断时续的合闸弹跳，即弹跳时间数值和零值间隔出现，因此建议在实际工作中实施5～10次的机械动作测试，以便准确查明断路器的合闸弹跳情况；运行5～9年的断路器的二次元器件中计数器、油缓冲器、微动开关、分合闸电磁铁等都曾发现过问题，需要引起注意，及时检修。

[1] 周翔,王丰华,傅坚,等.基于混沌理论和K-means聚类的有载分接开关机械状态监测[J].中国电机工程学报,2015,6:1541-1548.

[2] 黄新波,陶晨,刘斌.智能断路器机械特性在线监测技术和状态评估[J].高压电器,2015,3:129-134+139.

[3] 王成友,闫红华,刘灿东,等.液压式高压断路器机械特性在线监测故障几率研究[J].高压电器,2015,8:86-91.

[4] 钟家喜,李保全,李亚红.高压断路器机械状态诊断与监测技术的探索与实践[J].高压电器,2011,2:53-60.

[5] 张立,王松亭,曾艳丽.基于PIC32MX795的高压开关运行状态在线监测仪的研制[J].仪表技术与传感器,2011,11:43-47.

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TestandStudyonOperatingConditionsof10kVSwitchMechanicalCharacteristic

HUShi-jun,CHENCun-lin,ZHANGWei,YEHai-feng

(Anhui Electric Power Company,Hefei 230061,China)

Summary:In this paper,10kV vacuum circuit-breakers with several operating years,which are withdrawn from the power system,are investigated.The performance parameters of the 10kV vacuum circuit breakers are tested through various tests and test methods,and the changes of the parameters are known.It is expected that after the operation of the circuit-Electrical and mechanical properties and life conditions of a technical evaluation.Through the mechanical action test,temperature rise test and so on,obtained the mechanical characteristic parameter,the mechanical component size change and so on a series of valuable data.Through the mechanical action test,temperature rise test and so on,obtained the mechanical characteristic parameter,the mechanical component size change and so on a series of valuable data.After analyzing the experimental phenomena and experimental data,it is concluded that the major problem found in the VS1 circuit breaker after 5～9 years of operation is the looseness or force drop of the insulation tie rod assembly,but its breaking capacity can also meet Claim.

vacuum circuit breaker; mechanical charactistic;life

1004-289X(2017)02-0050-03

TM56

B

2017-01-04