計及梅花觸頭回路電阻試驗的內(nèi)嵌式接頭設(shè)計研究

摘要：真空斷路器作為電網(wǎng)配電系統(tǒng)中的重要設(shè)備，而觸頭質(zhì)量直接影響了開關(guān)電器的電氣性能。真空斷路器的回路電阻作為開關(guān)設(shè)備最重要的電氣參數(shù)之一，其穩(wěn)定性測試過程的研究具有重要意義。為了提高真空斷路器回路電阻的測試效率，本文研制了一種回路電阻測試裝置，從內(nèi)嵌式接頭的動態(tài)過程進(jìn)行分析，考慮了接觸板數(shù)量和接觸板滑動方式。該回路電阻測試裝置有效降低了測試過程的用時，提高了回路電阻的測試工作效率。

關(guān)鍵詞：真空斷路器；回路電阻測試；測試效率

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

長期以來，電工產(chǎn)品的可靠性一直是衡量工程質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，電網(wǎng)的穩(wěn)定性在很大程度上依賴于各種開關(guān)電器的可靠性。當(dāng)開關(guān)電器發(fā)生故障時，整個系統(tǒng)將無法正常運行，甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓［1-2］。

回路電阻是用來評估高壓斷路器性能和運行狀態(tài)的重要參數(shù)［3］，它直接影響斷路器在額定工作電流下的溫升以及在短路情況下的動態(tài)和熱穩(wěn)定性，進(jìn)而對斷路器的開閉可靠性和安全性產(chǎn)生影響。測量斷路器的回路電阻可以有效評估觸頭的磨損程度和回路接觸狀態(tài)，并在一定程度上預(yù)測觸頭的使用壽命。目前，常用的回路電阻測試方法主要依賴于傳統(tǒng)的電阻測量儀器，但這些方法存在一些局限性，如測試時間長、測試過程復(fù)雜等［4］。為了克服這些問題，近年來，基于真空斷路器的回路電阻輔助測試裝置逐漸受到研究者的關(guān)注。

本文旨在針對現(xiàn)有回路電阻測試方法存在的問題，設(shè)計和研制一種基于真空斷路器的回路電阻輔助測試裝置。該裝置結(jié)合了真空斷路器梅花觸頭的特性，能夠提供快速、可靠的回路電阻測試結(jié)果。通過使用該裝置，可以實現(xiàn)對電力設(shè)備回路電阻的及時診斷，為電網(wǎng)運維人員提供重要的決策依據(jù)，提高電網(wǎng)的安全性和可靠性。

本文首先介紹了回路電阻在電力系統(tǒng)中的重要性，以及現(xiàn)有測試方法存在的局限性；其次，介紹了回路電阻的測試工作原理；其次，針對所研制內(nèi)嵌式接頭的動態(tài)過程進(jìn)行理論分析，引入了基于真空斷路器的可伸縮式內(nèi)嵌式接頭作為解決方案的研究方向，并強調(diào)了該裝置的優(yōu)勢和應(yīng)用前景；再次，對內(nèi)嵌式接頭的設(shè)計制作進(jìn)行說明；最后對所設(shè)計的內(nèi)嵌式接頭進(jìn)行安裝與測試。通過本研究，將為電力系統(tǒng)回路電阻測試提供一種新的、高效的解決方案。

1 回路電阻測試工作原理

對于被測設(shè)備接入測試回路一般采用四端子接線方法，具體的電路連接如圖1所示。使用兩對測試夾將斷路器從接線端子處接入，電流引線（粗線）連接在導(dǎo)電桿的外側(cè)，電壓引線（細(xì)線）連接在導(dǎo)電桿的內(nèi)側(cè)，測量引線盡量保持平行。采用四端子接線技術(shù)可以有效地消除測試夾電阻及引線電阻對測試過程的影響，從而提高測試精度。

2 內(nèi)嵌式接頭動態(tài)過程分析

大電流10kV斷路器的梅花觸頭尺寸大于典型10kV斷路器，增加內(nèi)嵌式接頭尺寸間接增加接頭重量，可能造成操作上的不便。考慮基于梅花觸頭尺寸，利用多項式擬合彈簧內(nèi)嵌式實際彈力，并通過受力仿真分析，與梅花觸頭彈簧最大受力對比，設(shè)計一種測試通用內(nèi)嵌式器，操作便捷且不傷害梅花觸頭。

為更直觀看出內(nèi)嵌式接頭的彈簧與外力之間的關(guān)系，采用MATLAB仿真軟件基于多項式擬合彈簧內(nèi)嵌式接頭的效果。圖2所示為質(zhì)量—彈簧—阻尼仿真系統(tǒng)，其中質(zhì)量部分為所設(shè)計接觸板的觸點質(zhì)量。

圖3所示為觸點質(zhì)量、外力不變情況下，隨著接觸板長度變化，內(nèi)嵌式接頭的接觸板行程的變化情況。從圖3可以看出，外力開始作用后不論接觸板長度為多少，在一段時間內(nèi)的軸行程變化情況大致相同，這段時間可稱之為穩(wěn)態(tài)行程。在度過穩(wěn)態(tài)行程之后，隨著接觸板長度增大，接觸板達(dá)到最大行程所經(jīng)歷的時間就越長，整個變化過程也越加平穩(wěn)。

圖4所示為接觸板長度、外力不變的情況下，隨著觸點質(zhì)量的變化，內(nèi)嵌式接頭的接觸板行程曲線變化情況。從圖中可以看出，隨著觸點質(zhì)量的增加，接觸板達(dá)到最大行程所經(jīng)歷的時間越長，但是其接觸板行程變化也越加平穩(wěn)。

從上述仿真結(jié)論可以得出，所制作內(nèi)嵌式接頭的長度和質(zhì)量應(yīng)適度選擇，質(zhì)量、長度不宜過大，過大會影響造價成本，過小會影響內(nèi)嵌式接頭的穩(wěn)定性。

3 回路電阻測試裝置研制

3.1 斷路器側(cè)接頭

斷路器側(cè)接頭是回路電阻輔助測試裝置的核心部件，對回路電阻良好的測試效果起關(guān)鍵作用［5］，常用的內(nèi)嵌式接頭為了與梅花觸頭接觸緊密，其外徑一般會與梅花觸頭內(nèi)徑一致，從而導(dǎo)致了安裝過程費力、煩瑣，從而增加了回路電阻測試過程的用時。

基于基本的內(nèi)嵌式空心接頭，設(shè)計一種可伸縮的內(nèi)嵌式接頭，以達(dá)到減少測試用時的目的。結(jié)合接觸板的動態(tài)過程分析和表2所示不同內(nèi)嵌式接頭的設(shè)計對比，得出最合適的內(nèi)嵌式接頭接觸板個數(shù)和內(nèi)嵌式接頭滑動方式，最終呈現(xiàn)出的內(nèi)嵌式接頭示意圖如圖5所示。

如圖5所示，內(nèi)嵌式接頭接觸板的數(shù)量為6塊，內(nèi)嵌式接頭的活動方式為通過彈簧與閥塊相配合的方式實現(xiàn)內(nèi)嵌式接頭半徑可變的目的。

如圖6所示為內(nèi)嵌式接頭的實物圖，從圖中可以看出內(nèi)嵌式接頭相比與傳統(tǒng)內(nèi)嵌式接頭，操作更為簡便。該裝置的尺寸為159.5mm×40mm。如圖6所示內(nèi)嵌式接頭的直徑變徑范圍為：40～54mm。

3.2 測試連接導(dǎo)線

導(dǎo)線是連接回路電阻測試儀、斷路器測試接頭的紐帶。市面上常見的測試連接導(dǎo)線參數(shù)如表1所示。

本文采用的測試連接導(dǎo)線規(guī)格為30mm²，線整體外徑為10mm，線芯的材質(zhì)采用JBF丁晴多股軟線，將多股銅線絞合，其可通過電流為200A。

3.3 儀器側(cè)連接頭

市面上常用的測試接頭主要有BNC接頭和插拔式。根據(jù)不同的儀器側(cè)接口可以采用不同的接頭形式，以滿足不同測試儀的需求。

4 裝置安裝與測試

4.1 裝置安裝

在設(shè)計并制作完內(nèi)嵌式接頭之后，對內(nèi)嵌式接頭進(jìn)行了安裝。首先將內(nèi)嵌式接頭安裝在梅花觸頭上，測試斷路器側(cè)內(nèi)嵌式接頭的穩(wěn)固情況，安裝示意圖如圖7所示。

從圖7可以看出，設(shè)計制作內(nèi)嵌式接頭與梅花觸頭咬合緊密。然后將斷路器安裝于真空斷路器的梅花觸頭上，如圖8所示為所設(shè)計制作的內(nèi)嵌式接頭在真空斷路器梅花觸頭上的安裝情況。由于內(nèi)嵌式接頭的可伸縮特性，大大縮短了測試安裝的時間。

在斷路器側(cè)的內(nèi)嵌式接頭安裝完畢后，對測試儀器側(cè)進(jìn)行連接，測試儀器側(cè)連接情況如圖9所示。從圖9可以看出連接方式為直插式連接。

4.2 裝置測試

在回路電阻測試裝置安裝完成后，在25℃環(huán)境下進(jìn)行回路電阻測試試驗，對斷路器觸頭回路施加100A電流測試回路電阻，回路電阻的出廠值為25.0μΩ，內(nèi)嵌式接頭的內(nèi)阻為13.0μΩ。回路電阻測試結(jié)果與測試耗時如表3所示。

從試驗結(jié)果可知，每次測試真空斷路器回路電阻的測試結(jié)果波動穩(wěn)定1μΩ以內(nèi)；回路電阻的測試耗時在1.7～1.8min之間。因此采取該裝置可以有效降低回路電阻的測試耗時，提高了測試效率。

5 結(jié)論

本文設(shè)計制作的真空斷路器回路電阻通用型輔助測試裝置，通過手柄上蓋對其接觸半徑進(jìn)行靈活調(diào)整，避免傳統(tǒng)內(nèi)嵌式接頭因尺寸單一導(dǎo)致安裝/拆除難度過高的問題。在真空斷路器回路電阻現(xiàn)場測試過程中，能夠簡化斷路器回路電阻測試操作過程，減小斷路器接頭對梅花觸頭造成的影響，并減少因操作不當(dāng)導(dǎo)致人員受傷的問題，避免因測試線燒毀導(dǎo)致電力事故的發(fā)生，同時提高電力設(shè)備的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

［1］舒勝文，許俊煒，占兆璇，等.高濕環(huán)境下40.5kV開關(guān)柜凝露發(fā)展特性與加熱器布置方法［J］.高電壓技術(shù)，2023，49（02）：493-504.

［2］趙婧，白承宗，楊仁旭.中低壓直流開關(guān)電器分?jǐn)嗄芰ο拗蹬c檢測標(biāo)準(zhǔn)綜述［J］.機電工程技術(shù)，2023，52（01）：79-84.

［3］胡博凱，李奎，牛峰，等.低壓斷路器機械特性狀態(tài)監(jiān)測方法研究［J］.電工技術(shù)學(xué)報，2022，37（13）：3317-3330.

［4］劉建寅.SF6高壓斷路器機械特性測試及其狀態(tài)評價［J］.高壓電器，2020，56（06）：173-180.

［5］李志兵，顏湘蓮，劉北陽，等.混合型快速機構(gòu)真空斷路器設(shè)計與試驗［J］.高電壓技術(shù)，2018，44（06）：1791-1799.

項目：國家電網(wǎng)有限公司科技項目資助（項目編號：B3270123000C）

作者簡介：宋濤（1987—），男，碩士，高級工程師，主要從事電氣試驗工作；張翚（1981—），男，碩士，高級經(jīng)濟師，主要從事高電壓與絕緣技術(shù)工作；張生愷（1997—），男，本科，助理工程師，主要從事電氣試驗工作；韻斌斌（1982—），男，本科，助理工程師，主要從事電氣試驗工作；郭子強（1983—），男，本科，高級工程師，主要從事電氣試驗工作。