真空斷路器合閘彈跳的危害性及其對策

摘 要:本文作者通過對真空斷路器的工作原理之間的因素及危害性進行了分析，主要就減少彈跳的對策措施做了闡述。

關鍵詞:真空斷路器合閘彈跳危害性對策

中圖分類號:TD614文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(a)-0077-01

1 工作原理

合閘彈跳即為斷路器在合閘時觸頭剛接觸直至觸頭穩定接觸瞬間為止的時間。所有直讀數據的開關特性測試儀都是按這個定義來設計制造的。影響滅弧室電壽命的是電弧，而電弧只在動靜觸頭不接觸時才產生，在動靜觸頭接觸時不會產生。大量實踐及理論分析均表明，真正對真空開關的電壽命有影響因素是:合閘過程中，觸頭剛接觸直至觸頭穩定接觸瞬間為止，這期間的觸頭斷開時間。供電部門在工程安裝時，一般都按《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》(GB50150-91)對設備進行驗收，GB50150-91第11.0.7條規定:真空斷路器合閘過程中，觸頭接觸后彈跳時間不應大于2ms，這也與實際工作有差異。真空斷路器分合電路的工作是由真空滅弧室來完成，開關參數須滿足滅弧室的性能要求，如滅弧室要求合閘速度為0.4～1.0m/s，開關的速度能在0.3～0.7m/s間，那么配該型號滅弧室的真空斷路器其合閘速度須調整在0.4～0.7m/s間，同樣，如真空滅弧室合閘彈跳要求不大于5ms，那配該型號滅弧室的斷路器其合閘彈跳的允許范圍也是不大于5ms。是不是應將合閘彈跳一律定為不大于2ms是值得探討的。技術不斷在更新發展，標準也應不斷完善，新型觸頭材料抗熔焊性能極好，在發生熔焊時，熔焊點呈脆性，熔焊層機械強度小，破壞熔焊所需的力小于真空斷路器的分閘力。目前許多國外同類產品如日本東芝公司10kV斷路器只要求彈跳小于10ms，新型觸頭材料的應用為合閘彈跳時間突破2ms創造了條件。目前許多真空滅弧室規定的合閘彈跳時間都大于2ms，僅要求小于3ms，甚至5ms。

2 合閘彈跳的危害

合閘彈跳是真空斷路器機械特性的一種重要參數，在合閘彈跳過程中，觸頭斷開距離小，電弧不會熄滅，導致觸頭電磨損加重，從而影響滅弧室的電壽命，但由于其存在時間較短，遠小于合閘過程中電弧燃燒時間。在一定范圍內的彈跳最主要的危害在于加速了滅弧室觸頭的摩損，從而導致滅弧室電壽命的縮短。在彈跳過程中，電流電弧沒有熄滅，不會產生操作過電壓，通過型式試驗的情況看，斷路器在經過老煉后，或者在進行開斷試驗后，彈跳會有明顯的改善。大量的運行實踐也表明，真空斷路器在經過一段時間運行之后，由于切合負荷電流，其滅弧室觸頭表面金屬結構有了細微變化，其合閘彈跳時間顯著減小，甚至消失，真空度、工頻耐壓水平也有所提高。

3 解決合閘彈跳的對策

彈跳對真空滅弧室電壽命的危害到底有多大?從下面的這個實例中可以看到，曾有1臺ZN23-35真空斷路器，是1臺電容器開關，運行時間約1年，切合電容器524次，因外絕緣被破壞而報廢。在分析故障原因時我們打開了滅弧室，發現滅弧室動靜觸頭均光潔如新，只在動觸頭接觸面外圍有一約3mm2的熔融點，分析結果認為可能是真空斷路器在開斷故障電流時所留。查閱此臺斷路器檔案，投運前斷路器該相彈跳為3ms，彈跳波形為振蕩式，測量該波形， 得到斷路器在合閘彈跳過程中動靜觸頭分開時間為1.5ms。由于真空斷路器與油斷路器不同，在合閘狀態沒有插入行程，而是2個平面依靠一定的壓力結合在一起，所以合閘過程中，由于動靜觸頭的非彈性碰撞引起彈跳。彈跳值大小與諸多因素有關，如觸頭彈簧的彈力、合閘速度、開距以及真空斷路器的觸頭材料等等，安裝、調試質量、零部件如鋁支座、滅弧室、軸銷、換向器的加工精度都影響真空斷路器合閘彈跳時間的長短。為了把合閘彈跳減小到規定范圍內，通常采取以下措施。

(1)提高配件的加工精度，使鋁支座與軸、換向器與鋼銷、軸等緊密配合，減小間隙。

(2)加強裝配工藝質量控制，提高裝配工藝質量，在真空斷路器裝配過程中，注意安裝合理，不使真空滅弧室受到額外應力，調整導向管的位置，使滅弧室動觸頭運動軌跡，在滅弧室的軸心上，真空滅弧室動觸頭活動自如，無任何卡澀現象。

(3)適當加大觸頭超程彈簧預壓力。通過采取以上措施，可以有效地控制彈跳時間。ZN23-35真空斷路器由于觸頭面積大、行程長，合閘速度快、沖量大，尤其是在配CT10型彈簧操作機構時，彈跳大而且不易穩定，為了減小彈跳值，在真空斷路器滅弧室靜端如加設蝶形簧等措施，形成合閘緩沖，這樣合閘彈跳是小了，卻帶來斷路器工作不可靠的問題，在江蘇鹽城供電部門，調試人員反映某大型開關廠生產的ZN23-35真空斷路器在安裝前測試彈跳值非常小，三相均只有1ms，但一旦連上母排，彈跳就變得非常大，就是因為采用了靜支座合閘緩沖。在安裝前，緩沖效果明顯，所以彈跳較小，但連接上母排以后，靜端被固定，失去了緩沖效果，導致彈跳加劇。一般情況下，進行機械特性試驗都拆除了母線，所以這種情況較隱蔽，不易被察覺。在加了合閘緩沖裝置以后，合閘過程中靜觸頭不再是剛性的，靜觸頭隨動觸頭運動距離加大，滅弧室抖動幅度隨之增大，這樣極有可能造成滅弧室外殼破裂，而且在開斷故障電流時，故障電流所產生的巨大電動力，會造成滅弧室橫向擺動，導致滅弧室損壞，從而引發斷路器爆炸事故。靠降低斷路器的可靠性來保證合閘彈跳參數，延長本已足夠長的真空斷路器的電壽命，是得不償失的。

4 結語

我國已有20多年的真空斷路器運行經驗，從國內真空斷路器運行情況來看，由于真空斷路器壽命終結而發生故障的并不多見，從運行的情況來看，國產真空斷路器最大的問題是可靠性差，尤其是機械故障率高，大量資料表明，國產真空斷路器各項參數如電壽命等均已達到甚至超過國外同類產品，唯有可靠性和外觀與國外產品仍有相當的差距。斷路器的高可靠性是國產斷路器必須奮起直追的首要目標，在斷路器的可靠性問題解決之前，過長的電壽命是一種不必要的浪費，因而彈跳問題要解決，但首先必須設法提高國產真空斷路器的可靠性。目前國產的10kV系列真空斷路器和配電磁機構的35kV真空斷路器，由于采取了一系列技術措施#經過不斷地完善和發展#其可靠性極高#各項性能指標包括合閘彈跳時間在內，都十分穩定。配CT10型彈簧操作機構的35kV真空斷路器，由于操作機構的設計和生產的質量問題，機械故障率高，可靠性低#尤其合閘彈跳時間長，難以調整，且不穩定，是所有斷路器生產廠在生產該型斷路器時所遇到的共同問題。目前研制的ZN23-35配彈簧操作機構的改進型真空斷路器，操作機構與真空斷路器反力特性能很好地匹配，消除了配CT10型彈簧操作機械的ZN23-35真空斷路器存在的機構振動大#彈跳不穩定#機械故障率高等現象#有效提高了真空斷路器的可靠性。

參考文獻

[1]35kV戶內高壓真空斷路器通用技術條件.(ZBK97004-89).