计及梅花触头回路电阻试验的内嵌式接头设计研究

摘要：真空断路器作为电网配电系统中的重要设备，而触头质量直接影响了开关电器的电气性能。真空断路器的回路电阻作为开关设备最重要的电气参数之一，其稳定性测试过程的研究具有重要意义。为了提高真空断路器回路电阻的测试效率，本文研制了一种回路电阻测试装置，从内嵌式接头的动态过程进行分析，考虑了接触板数量和接触板滑动方式。该回路电阻测试装置有效降低了测试过程的用时，提高了回路电阻的测试工作效率。

关键词：真空断路器；回路电阻测试；测试效率

Abstract：Vacuum circuit breakers are important equipment in power distribution systems，and the quality of their contacts directly affects the electrical performance of the switchgear.The loop resistance of a vacuum circuit breaker is one of the most important electrical parameters of the switching device，and the study of its stability testing process is of significant imSZnPfFqbyXdUz4wRowuVOPWSwikLrvVpB6K9oLj/Wqw=portance.In order to improve the testing efficiency of the loop resistance of vacuum circuit breakers，this paper develops a loop resistance testing device that analyzes the dynamic process of embedded contacts，taking into account the number of contact plates and the sliding method of the contact plates.This loop resistance testing device effectively reduces the testing time and improves the efficiency of loop resistance testing.

Keywords：Vacuum circuit breaker；Loop resistance testing；Test assistive devices

长期以来，电工产品的可靠性一直是衡量工程质量的重要指标之一，电网的稳定性在很大程度上依赖于各种开关电器的可靠性。当开关电器发生故障时，整个系统将无法正常运行，甚至可能导致系统瘫痪［1-2］。

回路电阻是用来评估高压断路器性能和运行状态的重要参数［3］，它直接影响断路器在额定工作电流下的温升以及在短路情况下的动态和热稳定性，进而对断路器的开闭可靠性和安全性产生影响。测量断路器的回路电阻可以有效评估触头的磨损程度和回路接触状态，并在一定程度上预测触头的使用寿命。目前，常用的回路电阻测试方法主要依赖于传统的电阻测量仪器，但这些方法存在一些局限性，如测试时间长、测试过程复杂等［4］。为了克服这些问题，近年来，基于真空断路器的回路电阻辅助测试装置逐渐受到研究者的关注。

本文旨在针对现有回路电阻测试方法存在的问题，设计和研制一种基于真空断路器的回路电阻辅助测试装置。该装置结合了真空断路器梅花触头的特性，能够提供快速、可靠的回路电阻测试结果。通过使用该装置，可以实现对电力设备回路电阻的及时诊断，为电网运维人员提供重要的决策依据，提高电网的安全性和可靠性。

本文首先介绍了回路电阻在电力系统中的重要性，以及现有测试方法存在的局限性；其次，介绍了回路电阻的测试工作原理；其次，针对所研制内嵌式接头的动态过程进行理论分析，引入了基于真空断路器的可伸缩式内嵌式接头作为解决方案的研究方向，并强调了该装置的优势和应用前景；再次，对内嵌式接头的设计制作进行说明；最后对所设计的内嵌式接头进行安装与测试。通过本研究，将为电力系统回路电阻测试提供一种新的、高效的解决方案。

1 回路电阻测试工作原理

对于被测设备接入测试回路一般采用四端子接线方法，具体的电路连接如图1所示。使用两对测试夹将断路器从接线端子处接入，电流引线（粗线）连接在导电杆的外侧，电压引线（细线）连接在导电杆的内侧，测量引线尽量保持平行。采用四端子接线技术可以有效地消除测试夹电阻及引线电阻对测试过程的影响，从而提高测试精度。

2 内嵌式接头动态过程分析

大电流10kV断路器的梅花触头尺寸大于典型10kV断路器，增加内嵌式接头尺寸间接增加接头重量，可能造成操作上的不便。考虑基于梅花触头尺寸，利用多项式拟合弹簧内嵌式实际弹力，并通过受力仿真分析，与梅花触头弹簧最大受力对比，设计一种测试通用内嵌式器，操作便捷且不伤害梅花触头。

为更直观看出内嵌式接头的弹簧与外力之间的关系，采用MATLAB仿真软件基于多项式拟合弹簧内嵌式接头的效果。图2所示为质量—弹簧—阻尼仿真系统，其中质量部分为所设计接触板的触点质量。

图3所示为触点质量、外力不变情况下，随着接触板长度变化，内嵌式接头的接触板行程的变化情况。从图3可以看出，外力开始作用后不论接触板长度为多少，在一段时间内的轴行程变化情况大致相同，这段时间可称之为稳态行程。在度过稳态行程之后，随着接触板长度增大，接触板达到最大行程所经历的时间就越长，整个变化过程也越加平稳。

图4所示为接触板长度、外力不变的情况下，随着触点质量的变化，内嵌式接头的接触板行程曲线变化情况。从图中可以看出，随着触点质量的增加，接触板达到最大行程所经历的时间越长，但是其接触板行程变化也越加平稳。

从上述仿真结论可以得出，所制作内嵌式接头的长度和质量应适度选择，质量、长度不宜过大，过大会影响造价成本，过小会影响内嵌式接头的稳定性。

3 回路电阻测试装置研制

3.1 断路器侧接头

断路器侧接头是回路电阻辅助测试装置的核心部件，对回路电阻良好的测试效果起关键作用［5］，常用的内嵌式接头为了与梅花触头接触紧密，其外径一般会与梅花触头内径一致，从而导致了安装过程费力、烦琐，从而增加了回路电阻测试过程的用时。

基于基本的内嵌式空心接头，设计一种可伸缩的内嵌式接头，以达到减少测试用时的目的。结合接触板的动态过程分析和表2所示不同内嵌式接头的设计对比，得出最合适的内嵌式接头接触板个数和内嵌式接头滑动方式，最终呈现出的内嵌式接头示意图如图5所示。

如图5所示，内嵌式接头接触板的数量为6块，内嵌式接头的活动方式为通过弹簧与阀块相配合的方式实现内嵌式接头半径可变的目的。

如图6所示为内嵌式接头的实物图，从图中可以看出内嵌式接头相比与传统内嵌式接头，操作更为简便。该装置的尺寸为159.5mm×40mm。如图6所示内嵌式接头的直径变径范围为：40～54mm。

3.2 测试连接导线

导线是连接回路电阻测试仪、断路器测试接头的纽带。市面上常见的测试连接导线参数如表1所示。

本文采用的测试连接导线规格为30mm²，线整体外径为10mm，线芯的材质采用JBF丁晴多股软线，将多股铜线绞合，其可通过电流为200A。

3.3 仪器侧连接头

市面上常用的测试接头主要有BNC接头和插拔式。根据不同的仪器侧接口可以采用不同的接头形式，以满足不同测试仪的需求。

4 装置安装与测试

4.1 装置安装

在设计并制作完内嵌式接头之后，对内嵌式接头进行了安装。首先将内嵌式接头安装在梅花触头上，测试断路器侧内嵌式接头的稳固情况，安装示意图如图7所示。

从图7可以看出，设计制作内嵌式接头与梅花触头咬合紧密。然后将断路器安装于真空断路器的梅花触头上，如图8所示为所设计制作的内嵌式接头在真空断路器梅花触头上的安装情况。由于内嵌式接头的可伸缩特性，大大缩短了测试安装的时间。

在断路器侧的内嵌式接头安装完毕后，对测试仪器侧进行连接，测试仪器侧连接情况如图9所示。从图9可以看出连接方式为直插式连接。

4.2 装置测试

在回路电阻测试装置安装完成后，在25℃环境下进行回路电阻测试试验，对断路器触头回路施加100A电流测试回路电阻，回路电阻的出厂值为25.0μΩ，内嵌式接头的内阻为13.0μΩ。回路电阻测试结果与测试耗时如表3所示。

从试验结果可知，每次测试真空断路器回路电阻的测试结果波动稳定1μΩ以内；回路电阻的测试耗时在1.7～1.8min之间。因此采取该装置可以有效降低回路电阻的测试耗时，提高了测试效率。

5 结论

本文设计制作的真空断路器回路电阻通用型辅助测试装置，通过手柄上盖对其接触半径进行灵活调整，避免传统内嵌式接头因尺寸单一导致安装/拆除难度过高的问题。在真空断路器回路电阻现场测试过程中，能够简化断路器回路电阻测试操作过程，减小断路器接头对梅花触头造成的影响，并减少因操作不当导致人员受伤的问题，避免因测试线烧毁导致电力事故的发生，同时提高电力设备的使用寿命。

参考文献：

［1］舒胜文，许俊炜，占兆璇，等.高湿环境下40.5kV开关柜凝露发展特性与加热器布置方法［J］.高电压技术，2023，49（02）：493-504.

［2］赵婧，白承宗，杨仁旭.中低压直流开关电器分断能力限值与检测标准综述［J］.机电工程技术，2023，52（01）：79-84.

［3］胡博凯，李奎，牛峰，等.低压断路器机械特性状态监测方法研究［J］.电工技术学报，2022，37（13）：3317-3330.

［4］刘建寅.SF6高压断路器机械特性测试及其状态评价［J］.高压电器，2020，56（06）：173-180.

［5］李志兵，颜湘莲，刘北阳，等.混合型快速机构真空断路器设计与试验［J］.高电压技术，2018，44（06）：1791-1799.

项目：国家电网有限公司科技项目资助（项目编号：B3270123000C）

作者简介：宋涛（1987—），男，硕士，高级工程师，主要从事电气试验工作；张翚（1981—），男，硕士，高级经济师，主要从事高电压与绝缘技术工作；张生恺（1997—），男，本科，助理工程师，主要从事电气试验工作；韵斌斌（1982—），男，本科，助理工程师，主要从事电气试验工作；郭子强（1983—），男，本科，高级工程师，主要从事电气试验工作。