真空斷路器合閘彈跳淺析

龐日成?張?jiān)聢A

摘 要：合閘彈跳是真空斷路器的一個(gè)重要機(jī)械特性參數(shù)，在合閘彈跳過(guò)程中，確保其可靠性、穩(wěn)定性是非常重要的。本文介紹了真空斷路器的合閘彈跳的定義，分析了影響真空斷路器合閘彈跳值大小的因素，并結(jié)合多年調(diào)試真空斷路器的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了幾種減小真空斷路器合閘彈跳的方法。

關(guān)鍵字：真空斷路器；合閘；彈跳

合閘彈跳在GB和IEC標(biāo)準(zhǔn)中并無(wú)明確定義，一般理解為合閘彈跳是指斷路器在合閘過(guò)程中動(dòng)觸頭與靜觸頭碰撞接觸后被反作用力推開(kāi)，然后再接觸再被推開(kāi)的現(xiàn)象。該過(guò)程經(jīng)過(guò)幾次反復(fù)的運(yùn)動(dòng)，最終在允許的時(shí)間范圍內(nèi)停止，合閘彈跳與短路電流大小沒(méi)有關(guān)系。合閘彈跳是真空斷路器特有的一個(gè)現(xiàn)象，之所以能產(chǎn)生彈跳，是由真空斷路器自身的結(jié)構(gòu)決定的，因?yàn)檎婵諗嗦菲鲃?dòng)靜觸頭的接觸方式是平面對(duì)接式的，而不像SF6斷路器那樣采用插入式接觸，在合閘接觸碰撞后必然會(huì)有彈跳現(xiàn)象。像斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)等開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，都是通過(guò)動(dòng)觸頭與靜觸頭的接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)電流的開(kāi)斷與接通的，動(dòng)靜觸頭在接觸時(shí)，如果速度過(guò)慢就會(huì)產(chǎn)生很大的拉弧現(xiàn)象，對(duì)觸頭的危害很大，很容易燒毀觸頭，所以在分合閘時(shí)必須保證有足夠的速度。然而速度是用力來(lái)保證的，速度越快，相應(yīng)的力就越大，相互碰撞接觸的銅觸頭的彈性勢(shì)能也就越大，這就是所謂的合閘彈跳。合閘彈跳時(shí)間是指斷路器在合閘時(shí)，觸頭從剛接觸的一瞬間開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)完全接觸，隨后產(chǎn)生分離，這樣反反復(fù)復(fù)的觸離，直到最后達(dá)到穩(wěn)定接觸之間的時(shí)間。從本質(zhì)上說(shuō)，這是一種受迫阻尼振蕩，振蕩的頻率、振幅取決于動(dòng)觸頭系統(tǒng)的質(zhì)量、速度、彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)及碰撞后的阻尼情況。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)然合閘彈跳越小越好，這樣會(huì)使動(dòng)靜觸頭的有效接觸面積增大。但是究竟小到什么程度呢，也沒(méi)有一個(gè)很明確的標(biāo)準(zhǔn)。很多真空斷路器廠家將合閘彈跳時(shí)間規(guī)定為小于2ms，之所以要小于2ms，主要是因?yàn)楹祥l彈跳的瞬間會(huì)引起電力系統(tǒng)或設(shè)備產(chǎn)生LC高頻振蕩，振蕩產(chǎn)生的過(guò)電壓對(duì)電氣設(shè)備的絕緣可能造成傷害甚至損壞。而當(dāng)合閘彈跳小于2ms，不會(huì)產(chǎn)生較大的過(guò)電壓，設(shè)備絕緣不會(huì)受損，在合閘時(shí)動(dòng)靜觸頭之間也不會(huì)產(chǎn)生熔焊。 對(duì)現(xiàn)代的真空斷路器技術(shù)而言，只要彈跳的幅值和時(shí)間在合理范圍內(nèi)，合閘彈跳對(duì)電力系統(tǒng)和斷路器本身沒(méi)有不良影響。

下面就將合閘過(guò)程作簡(jiǎn)要分析：

合閘時(shí)，動(dòng)觸頭在操動(dòng)桿的帶動(dòng)下，相對(duì)于靜觸頭做向上的合閘運(yùn)動(dòng)。合閘時(shí)觸頭的瞬間撞擊力F是決定斷路器產(chǎn)生彈跳大小的關(guān)鍵因素。設(shè)碰撞前后的速度分別為v前，v后作用時(shí)間為t，由動(dòng)量定理可知：

當(dāng)作用力F減小時(shí)，彈跳時(shí)間也會(huì)隨之縮短。通過(guò)上式，我們不難發(fā)現(xiàn)，要實(shí)現(xiàn)減小觸頭撞擊力F的目標(biāo)，主要有以下三種方法：

（1）降低動(dòng)觸頭系統(tǒng)的總質(zhì)量m。縮短導(dǎo)電桿的長(zhǎng)度，減小導(dǎo)電夾、軟連接的尺寸，選用輕質(zhì)的絕緣子等可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。

（2）減小碰撞前后速度的差值。但這又不能僅僅通過(guò)減小合閘速度v前來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槿绻鹶前小于0.6 m/s時(shí)，合閘功將不足，反而會(huì)加劇彈跳的幅度。因此只能盡量減小v后，甚至使其接近于零。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，我們需要在動(dòng)觸頭系統(tǒng)上加裝壓縮彈簧，當(dāng)斷路器合閘時(shí)彈簧壓縮，產(chǎn)生一個(gè)預(yù)壓力即觸頭的初壓力，用來(lái)抵消動(dòng)觸頭的回彈力。

（3）使動(dòng)靜觸頭的碰撞時(shí)間t增大，有兩種方法實(shí)現(xiàn)：一是生產(chǎn)斷路器時(shí)設(shè)法使斷路器的動(dòng)靜導(dǎo)電桿的同軸度，在整機(jī)調(diào)整時(shí)還要把斷路器裝正，盡可能使兩觸頭為平面接觸，不要形成線或點(diǎn)接觸；二是在靜端使用緩沖元件，如橡膠墊圈、油緩沖器等，以增加撞擊接觸時(shí)間。

此外，動(dòng)靜觸頭的材料也是影響合閘彈跳的重要因素，安裝、調(diào)試質(zhì)量、零部件如鋁支座、滅弧室、軸銷、換向器的加工精度也都可以影響真空斷路器合閘彈跳時(shí)間的長(zhǎng)短。根據(jù)總結(jié)出的原因，結(jié)合多年的檢修經(jīng)驗(yàn)，我們還可以采取下列措施來(lái)縮短彈跳時(shí)間。

（1）提高相關(guān)配件的加工工藝，使鋁支座與軸、換向器與鋼銷、軸等各個(gè)部分能緊密配合，減小間隙。

（2）提高裝配工藝質(zhì)量，在真空斷路器裝配過(guò)程中，注意安裝合理，不使真空滅弧室受到額外應(yīng)力，調(diào)整導(dǎo)向管的位置，使滅弧室動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)軌跡在滅弧室的軸心上，真空滅弧室動(dòng)觸頭活動(dòng)自如，無(wú)任何卡澀。

（3）適當(dāng)加大觸頭超程彈簧預(yù)壓力。

斷路器的各項(xiàng)性能參數(shù)是相互影響的，調(diào)整要從多方面周全的考慮。此外，一些公司不能很好地把握真空斷路器的某些重要零部件的生產(chǎn)工藝，比如在金屬材料的調(diào)質(zhì)處理上，剛度、韌性不適度，致使開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)參數(shù)與靜態(tài)參數(shù)偏離嚴(yán)重，直接影響了真空斷路器開(kāi)斷的成功率，影響了開(kāi)關(guān)的使用壽命，因此生產(chǎn)廠家對(duì)此應(yīng)給以足夠的重視。只有從各個(gè)方面綜合考慮，從各個(gè)方面加強(qiáng)技術(shù)把關(guān)，才能有效的降低斷路器的合閘彈跳。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

龐日成（1989-），男，大學(xué)本科學(xué)士學(xué)位 ，助理工程師，從事變電檢修工作；

張?jiān)聢A（1987-），男，大學(xué)本科學(xué)士學(xué)位 ，助理工程師，從事用電檢查工作。