35kV真空断路器机械特性及故障检测方法

一、概述

目前，县级供电公司的主干网基本上是由35kV线路、35kV断路器及相关设备构成，而35kV断路器是做为35kV线路负荷分配和保护的主要设备。同时，35kV断路器也作为110kV/220kV变电站35kV侧及35kV变电站主变高压侧主要保护设备，所以35kV断路器对于县级供电公司电网运行有着举足轻重的作用。所以，对于断路器早期故障的诊断有助于及时排除潜在的隐患，对于提高电网运行的可靠性有着十分重要的意义。

二、断路器机械特性

2.1概述

真空断路器的生产厂家比较多，型号也较繁杂。按使用条件分为户内（ZNx—**）和户外（ZWx—**）两种类型。主要由框架部分，灭弧室部分（真空泡），和操动机构部分组成。

断路器本体部分由导电回路，绝缘系统，密封件和壳体组成。整体结构为三相共箱式。其中导电回路由进出线导电杆，进出线绝缘支座，导电夹，软连接与真空灭弧室连接而成。

一般说来，真空断路器必须满足常规断路器的三大部分，即：导电回路及灭弧室、操动机构及传动系统、绝缘，任何一种断路器都要有这三大部分。

2.2机械特性对产品性能的影响

衡量真空断路器的性能，真空灭弧室本身的性能固然重要，然而机械特性同样具有举足轻重的作用。

下面对各机械特性参数与产品性能的关系分述如下：

（1）开距

触头的开距主要取决于真空断路器的额定电压和耐压要求，一般额定电压低时触头开距选得小些。但开距太小会影响分断能力和耐压水平。开距大大，虽然可以提高耐压水平，但会使真空灭弧室的波纹管寿命下降。设计时一般在满足运行的耐压要求下尽量把开距选得小一些。12kv真空断路器的开距通常在8一12mm之间，40.5kv的则在30一40mm之间。

（2）触头接触压力

在无外力作用时，动触头在大气压作用下，对体腔产生一个闭合力使其与静触头闭合，称之为自闭力，其大小取决于波纹管的端口直径（注意自闭力和波纹管的关系）。灭弧室在工作状态时，这个力太小不能保证动静触头间良好的电接触，必须施加一个外加压力。这个外加压力和自闭力之和称为触头的接触压力。这个接触压力有如下几个作用：

a、保证动、静触头的良好接触，并使其接触电阻小于规定值。

b、为满足额定短路状态时的动稳定要求，触头压力应大于额定短路状态时的触头间的斥力，以保证在该状态下动静触头完全闭合，不受损坏。

c、抑制合闸弹跳。使触头在闭合碰撞时得以缓冲，把碰撞的动能转为弹簧的势能，抑制触头的弹跳。

d、为分闸提供一个加速力。当接触压力大时动触头得到较大的分闸力，容易拉断合闸熔焊点（冷焊力），提高分闸初始的加速度，减少燃弧时间，提高分断能力。

触头接触压力是一个很重要的参数，在产品的初始设计中要经过多次验证、试验才选取得比较合适。触头压力选得太小时，满足不了上述各方面的要求；但触头压力太大时，一方面需要增大合闸操作功，另外灭弧室和整机的机械强度要求也需要提高，技术上不经济。

（3）接触行程（或称压缩行程）

目前真空断路器毫无例外地采用对接式接触方式。动触头碰上静触头之后就不能再前进了，触头接触压力是由每极触头压缩弹簧（有时称作合闸弹簧）提供的。所谓接触行程，就是开关触头碰触开始，触头压簧施力端继续运动至合闸终结的距离，亦即触头弹簧的压缩距离，故又称压缩行程。

接触行程有两方面作用，一是令触头弹簧受压而向对接触头提供接触压力；二是保证在运行磨损后仍然保持一定接触压力，使之可靠接触。一般接触行程可取开距的20%一30%左右，12kV的真空断路器约为3一4mm。

真空断路器的实际结构中，触头合闸弹簧设计成即使处于分闸位置，也有相当的预压缩量，有预压力。这是为使合闸过程中，当动触头尚未碰到静触头而发生预击穿时，动触头有相当力量抵抗电动力，而不致于向后退缩；当触头碰接瞬间，接触压力陡然跃增至预压力数值，防止合闸弹跳，足以抵抗电动斥力，并便接触初始就有良好状态，随着接触行程的继续运动，触头间的接触压力逐步增大，接触行程终结时，接触压力达到设计值。

接触行程不包括合闸弹簧的预压缩量程，它实际上是合闸弹簧的第二次受压行程。

（4）平均合闸速度

平均合闸速度主要影响触头的电磨蚀。如合闸速度太低，则预击穿时间长，电弧存在的时间长，触头表面电磨损大，甚至使触头熔焊而粘住，降低灭弧室的电寿命。但速度太高，容易产生合闸弹跳，操动机构输出功也要增大，对灭弧室和整机机械冲击大，影响产品的使用可靠性与机械寿命。平均合闸速度通常取0.6m/s左右为宜。

（5）平均分闸速度

分闸速度的快慢，主要取决于合闸时动触头弹簧和分闸弹簧的贮能大小。为了提高分闸速度，可以增加分闸弹簧的贮能量，也可以增加合闸弹簧的压缩量，这都必然需要提高操动机构的输出功和整机的机械强度，降低了技术经济指标。经过多年试验认为，12kv的真空断路器，平均分闸速度能保证在0.95-1.2m/s比较合适。

（6）合闸弹跳时间

合闸弹跳时间是断路器在合闸时，触头刚接触开始计起，随后产生分离，可能又触又离，直到其稳定接触之间的时间。

（7）合、分闸不同期性

合闸的不同期性太大容易引起合闸的弹跳，因为机构输出的运动冲量仅由首合闸相触头承受。分闸的不同期性太大可能使后开相管子燃弧时间加长，降低开断能力。

合闸与分闸的不同期性一般是同时存在的，所以调好了合闸的不同期性，分闸的不同期性也就有了保证。产品中要求合分闸不同期性小于2mS。

（8）合、分闸时间

分、合闸时间是指从操动线圈的端子得电时刻计起，至三极触头全部合上或分离止的一段时间间隔。

合、分闸线圈是按短时工作制作设计的，合闸线圈的通电时间不到100ms，分闸线圈的不到60ms。分、合闸时间一般在断路器出厂时已调好，无须再动。