断路器机械特性与机械操作试验分析

李瑞环，徐炎斌

（广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门 529000）

0 引言

断路器是能够分开、合上运行中电流回路，承载系统电流（包括短路电流）的开关设备。当电流超过预设定值时且与断路器组合的保护继电器或触发单元组合给断路器发出分闸指令时，断路器就可以提供过电流保护功能。断路器在电力系统中担负着控制和保护的双重任务，是很重要的开关设备。

如果断路器不能在电力系统发生故障时迅速、可靠、准确地断开回路，就会使故障能量集聚，造成更大的事故，可能会导致大面积失压或其他电网事故。因此，断路器机械性能及可靠性程度都是电力系统安全的重要一环。

1 断路器的分类及结构

1.1 分类

断路器可以按照多种方式进行分类，例如电压等级、安装方式、结构设计和特点、使用环境和操作机构形式、灭弧原理和灭弧介质等。

（1）按照断路器额定电压可以分为低压断路器（额定电压1000 V 以下的断路器）、高压短路器（额定电压1000 V 以上的断路器）。

（2）按照绝缘介质和灭弧介质分类，常见的真空断路器有油断路器、SF6 断路器等（图1）。

图1 室内真空断路器

（3）按照使用环境和操作机构分类，常见的有户内断路器、户外断路器等。

1.2 结构

断路器的结构类型很多，形式差异很大，但基本上都是由主体部分、操作机构、绝缘支撑部件和控制面板等部分组成（图2）。

图2 断路器基本结构

（1）主体部分：两个触头之间包括真空灭弧室等部件，灭弧室利用绝缘介质将电弧快速熄灭。

（2）操作机构：通过机械部件使断路器机构分合，实现断路器的断开与闭合。

（3）绝缘支撑部件：绝缘支撑部件通过绝缘支架，实现断路器的对地电气隔离。

（4）操作面板：实现断路器操作功能传递的二次回路端子汇集处。

断路器结构并不复杂，但是里面连接了较多的二次回路控制线。二次回路控制线比较复杂，需要在现场查找对应的控制回路。断路器的分合是多种部件相互作用完成的机械操作。

2 断路器的机械操作试验

机械操作试验是断路器处在设备停电检修状态或出厂时未与其他电气连接时，按照一定设计标准规定条件进行各种操作，得出试验数据，验证断路器的机械性能及操作可靠性的试验。

2.1 操作机构基本内容

断路器操作机构包含很多机械部件，将机械部件用机构箱及汇控箱装配在一起，需要满足一定要求才能正常工作。机械部件主要包括液压机构、弹簧机构、气动机构、加热器、传动部件、储能电机、辅助装置等。断路器在进行分合闸时，需要各部件之间进行配合才可以完成。

现场试验需要给断路器一个控制电压来实现机械运动。除此之外，还需要满足液压机构液压值、弹簧机构储能、气动机构运动、储能电机、气体压力等均处于正常状态，只有在机械部件全部处于正常状态时，分合闸动作正常才能得以保证。

断路器正常工作中，其操作机构的液压机构液压值、弹簧机构储能、气体压力等不可能一直稳定在某一个数值，而是在一个合格范围内变化。

2.2 操作试验项目的规定要求

断路器的出厂标准是按照国标或者行标执行的，而具体到实际数据时要执行制造厂要求。一般来说操作变化范围规定：①断路器的分、合闸时间，主、辅触头配合时间应符合制造厂规定；②断路器的合—分时间应符合制造厂规定；③断路器的相间合、分不同期，同相各断口间合、分不同期应满足制造厂规定；④断路器动作电压并联合闸脱扣器应能在其交流额定电压的85%～110%范围或直流额定电压的80%～110%范围内可靠动作；⑤并联分闸脱扣器应能在其额定电压的65%～120%范围内可靠动作，当电源电压低至额定值30%或更低时不应脱扣。

3 断路器的机械特性试验介绍

3.1 机械特性试验的必要性

断路器的合、分闸时间，合、分闸速度，合、分闸不同期，合、分闸线圈的动作电压下可靠动作等参数，直接影响到断路器切断电流的性能。断路器的合、分闸速度必须在一定范围内，才能够充分地发挥其开断电流的能力，减少关合过程当中触头因电弧灼烧熔断焊接或者电弧灼烧磨损。如果断路器的分闸速度低，电弧熄灭的时间就会增长，触头发生电弧灼烧，出现烧伤；合闸速度低，将会引起触头振动，严重的会出现停滞。如果断路器的合、分闸出现不同期，将造成线路或变压器的三相接入或切断不同时，从而可能产生危害绝缘的过电压等问题，因此测试断路器的机械特性非常重要。

3.2 机械特性现场主要测试项目

断路器机械特性的现场测试项目主要用触头动作时间和动作速度来作为特征参数来表示。断路器现场试验时，一般主要进行合、分闸时间，合、分闸速度，合、分闸不同期，分、合闸线圈的动作电压，合—分时间（金短）等项目的测量。

（1）合、分闸时间：外施加操作电压后，断路器进行合、分闸动作并正常，之后仪器会显示合、分闸时间，记录数值。

（2）合、分闸不同期：记录仪器显示的合、分闸时间，最大值减去最小值记为合、分闸不同期数值。

（3）合、分闸速度：在断路器加装速度传感器，施加试验操作电压，断路器正常分、合，传感器会识别开关的动作速度并显示在仪器上，记录数值。

（4）分、合闸线圈的动作电压：按照试验要求，进行操作电压设置，在设置好的操作电压下检查断路器是否动作正常。

（5）合—分时间（金短）：断路器处于分闸状态，施加操作电压后，断路器先合闸在分闸记录时间数值。

4 断路器现场试验的注意事项

断路器的合、分闸时间，合、分闸速度，合、分闸不同期，分、合闸线圈的动作电压，合—分时间（金短），是现场试验的重点，为了满足试验的可靠性，需要注意以下细节。

4.1 现场接线注意事项

为防止在试验过程时误操作对断路器二次侧及断路器本身损坏，在试验过程中需要注意以下要点：

（1）确定断路器状态，是否在分闸位置、储能开关情况、弹簧是否已储能、气体压力、液压油压力等状态须满足试验要求。

（2）操作电压的选取要以断路器机构箱上的铭牌为准，经验或图纸资料可能因为维修、改造等原因未及时更新，不能作为选取测试开关线圈操作电压的依据。

（3）查找试验接线，按照图纸或改造图查找分合闸接线端子。

（4）连接测试线前用多用表的电压挡测试各端子对地电压是否为0 或只有几伏感应电压。如果电压较高，说明操作电压没有分开，有危险。

（5）连接线之后要确认平视接线，防止误接错线。加压试验前，可用多用表电阻挡测量回路电阻是否在60 Ω 左右，如果断路或短路则说明线圈烧坏。

4.2 测试加压注意事项

一般来说，端子排的控制电源为101 接正极，102 接负极，不同开断路器有不同的编码规则，应按照图纸进行查找。其中，西门子断路器二次控制回路线上的编号后两位数07 代表合闸，37 代表分闸，02 代表负公共端。端子箱中的黄色线通往二次保护回路，黑色线通往断路器本体。在测试加压过程中，对于断路器的机械操作试验电压按照线圈操作电压进行计算，按照行业标准或企业标准（按实际测量要求）在现场计算好试验电压。进行加压时要做到相互配合。满足行业标准或企业标准（按实际测量要求）记为试验合格。对于断路器的机械特性试验电压应在全电压（操作电压）下进行。测试时需要注意以下4个事项：

（1）不能对线圈长时间通电，不能长时间按断路器部件，防止部件烧毁或者线圈烧坏。

（2）测试分闸时，检查断路器是否有两个分闸线圈。

（3）测试断路器合—分时间时，要设置好相关参数。不同仪器有不同的设置，一般需要设置行程时间、行程长度等。

（4）测量分合闸速度时，需要选好传感器型号和连接位置，并能可靠地固定连接，防止断路器动作振动造成传感器脱落。

5 结束语

断路器机械特性与机械操作的测量对了解断路器结构、断路器性能有很重要意义。断路器的工作状况直接影响电力系统的安全可靠运行。在现场测量断路器的试验中，测试项目和测试方法比较简单，但需要注意的事项比较多，试验过程中遇到的问题也比较多，例如测试端子的切换、有些断路器需要按启动按钮、测试数据不显示、测试速度不出结果或结果不合理等问题。

针对这些问题提出建议：①测试端子切换时需要手动平视端子，防止对应错误；②需要按测试启动按钮的，在测试过程中需要一人监护、一人操作仪器、一人进行端子排切换；③测试数据不显示时，首先考虑接地不良，需要自行进行接地；④测试速度不出结果或结果不合理时，先检查参数是否设置合理，再检查传感器是否出现松动，需要重新固定牢固。断路器试验是常见的预防性试验，试验结果需要满足厂家要求，有数据异常时需联系厂家进行解决。