126GIS斷路器分閘彈跳的原因分析

2015-12-16 07:25:48董文龍于純祥劉全都

電力與能源 2015年3期

董文龍，于純祥，劉全都

（正泰電氣股份有限公司，上海 201614）

斷路器是GIS的主要組成元件之一。在頻率為50Hz、額定電壓為126kV的交流電力系統(tǒng)中，斷路器能關(guān)合、開斷、承載正常回路條件下的電流，并能關(guān)合、在規(guī)定時(shí)間內(nèi)承載和開斷異常回路條件（如短路條件）下的電流，是重要的保護(hù)、控制用開關(guān)設(shè)備。

斷路器的彈跳是隨機(jī)發(fā)生的，在某些特定條件下斷路器在合閘、和分閘過(guò)程，產(chǎn)生彈跳，可以發(fā)生在三相共箱式斷路器上也可以在單極斷路器或發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器上。其主要是在產(chǎn)品分閘時(shí)，銅鎢弧觸頭脫離接觸前的一段時(shí)間，合閘時(shí)銅鎢頭剛接觸，附近的一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生彈跳。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于彈跳沒(méi)有明確的規(guī)定，但是彈跳對(duì)于設(shè)備具有一定影響，是產(chǎn)生操作過(guò)電壓的因素之一。研究和減少開關(guān)設(shè)備彈跳勢(shì)在必行，由于分閘過(guò)程彈跳影響更大所以下面對(duì)彈跳做重點(diǎn)研究。

1 分閘彈跳的過(guò)程

分閘彈跳是在動(dòng)側(cè)主觸頭和靜側(cè)主觸頭分開后，動(dòng)弧觸頭和靜弧觸頭還沒(méi)有完全分開之前，電阻值劇烈變化引起，包括接觸面電阻和收縮電阻組成。接觸面電阻是銅鎢合金表面氧化層及接觸壓力的變化，由于動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)為曲柄壓桿機(jī)構(gòu)動(dòng)觸頭經(jīng)兩個(gè)約束點(diǎn)的作用下近似直線運(yùn)動(dòng)，但是運(yùn)動(dòng)是分別靠向兩端間隙，造成接觸不良。由于震動(dòng)加劇了接觸不良，即動(dòng)弧觸頭和靜弧觸頭接觸、分開又接觸的過(guò)程，通過(guò)開關(guān)特性測(cè)試儀的測(cè)試可以檢查到分閘過(guò)程的彈跳，分閘彈跳特性圖如圖1所示。

圖1 分閘彈跳特性圖

通過(guò)實(shí)驗(yàn)及工程案例的測(cè)試，分閘彈跳時(shí)間大部分在5.0ms以內(nèi)，從動(dòng)側(cè)主觸頭和靜側(cè)主觸頭分開，到動(dòng)弧觸頭和靜弧觸頭分開的時(shí)間，表1是B相兩次彈跳，彈跳時(shí)間是從第一次彈跳到觸頭完全分開3.7ms。

表1 B相兩次彈跳

2 分閘彈跳的影響

分閘彈跳過(guò)程和合閘彈跳一樣也會(huì)產(chǎn)生較高的過(guò)電壓影響，在開斷短路故障時(shí)產(chǎn)生過(guò)電壓的大能量，對(duì)滅弧室的觸頭燒損嚴(yán)重，同時(shí)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，通過(guò)數(shù)字存儲(chǔ)示波器手動(dòng)分閘斷路器測(cè)試波形如圖2所示，從波形圖中能夠顯示出分閘彈跳過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)電壓值幅值和頻次，其峰值近似于CB端口電壓的兩倍。數(shù)字存儲(chǔ)示波器測(cè)調(diào)CB端口分閘信號(hào)原理圖如圖3所示。

圖2 示波器測(cè)試圖

圖3 數(shù)字存儲(chǔ)示波器測(cè)試CB端口分閘信號(hào)原理圖

如果斷路器在運(yùn)行狀態(tài)，斷路器分閘并發(fā)生彈跳，將導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部電容、電感元件之間電磁能量互相轉(zhuǎn)換，并形成強(qiáng)阻尼振蕩過(guò)程在3倍左右的過(guò)電壓。如圖4所示。

分閘彈跳的現(xiàn)象，在現(xiàn)場(chǎng)安裝公司使用的不同廠家的開關(guān)特性測(cè)試儀，對(duì)測(cè)量同期結(jié)果的影響，通常用于測(cè)量真空斷路器的開關(guān)特性測(cè)試儀，計(jì)量方式如圖5所示。

分閘同期測(cè)量值是5.1ms，計(jì)量方式是從第一個(gè)彈跳斷開始瞬間到三相完全斷開。同一臺(tái)產(chǎn)品換用石家莊漢迪電氣公司的開關(guān)特性測(cè)試儀，測(cè)量的分閘同期是1.1ms，此儀器的計(jì)量方式是，從三相觸頭完全斷開后的時(shí)間差，如圖6所示。

圖4 斷路器在運(yùn)行狀態(tài)波形示意圖

圖5 分閘彈跳特性圖

圖6 分閘彈跳特性圖

3 影響分閘彈跳的原因分析

拐臂的運(yùn)動(dòng)是曲線運(yùn)動(dòng)，拉桿是靠無(wú)油軸承約束變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，支持筒中和無(wú)油軸承配合的拉桿的加工配合尺寸，是直接影響分閘彈跳的主要因數(shù)，動(dòng)觸頭在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到支持筒中兩個(gè)無(wú)油軸承的約束，如圖7、圖8所示。

圖7 動(dòng)觸頭結(jié)構(gòu)圖

動(dòng)側(cè)主觸頭和靜側(cè)主觸頭分開后就降低了動(dòng)觸頭的約束力，當(dāng)約束間隙較大時(shí)，更是降低了動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)的直線度，非直線運(yùn)動(dòng)使得動(dòng)弧觸頭和靜弧觸頭間產(chǎn)生震動(dòng)，接觸與非接觸的現(xiàn)象，另外由于動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源是圓弧運(yùn)動(dòng)，當(dāng)有間隙存在時(shí)，動(dòng)觸頭的末端（動(dòng)弧觸頭）的穩(wěn)定性更差。實(shí)踐工程中這種彈跳比較固定，時(shí)間在2～5ms，通過(guò)調(diào)試無(wú)法消除。