王占國 張建新 趙建沛 吳盛剛 李彥如

（1. 平高集團(tuán)有限公司 2. 河南省高壓電器研究所）

0 引言

隨著電網(wǎng)電壓等級和系統(tǒng)容量的不斷增加，對高壓斷路器開斷短路電流及容性電流的性能要求越來越高，在快速有效開斷大小電流且保證斷路器使用壽命的基礎(chǔ)上，斷路器觸頭運(yùn)動(dòng)速度、觸頭間介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度等力學(xué)和電氣特性，對斷路器的開斷能力起著十分關(guān)鍵的作用。如果能測試到斷路器觸頭間的空載及負(fù)載介質(zhì)恢復(fù)特性曲線，可以很直觀地把它與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的瞬態(tài)恢復(fù)電壓（TRV）曲線做比對，從而達(dá)到用產(chǎn)品觸頭間的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度來間接判斷產(chǎn)品的開斷能力。

1 交流斷路器熄弧的機(jī)理

在斷路器開斷交流電路時(shí)，電弧能量、燃弧時(shí)間以及觸頭運(yùn)動(dòng)速度都是影響斷路器介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性的重要參數(shù)，也是衡量斷路器開斷性能的主要依據(jù)。

交流斷路器開斷電路時(shí)，斷口間產(chǎn)生電弧，能否使電路順利開斷，主要是看電弧電流過零之后能否阻止斷口的電弧重燃。如果弧后斷口間的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度始終高于斷口間TRV強(qiáng)度，則電弧熄滅，否則就會(huì)產(chǎn)生重燃，使開斷失敗。

2 試驗(yàn)線路的設(shè)計(jì)及工作原理

該試驗(yàn)線路是一種新型的合成試驗(yàn)回路，工作原理新穎。試驗(yàn)線路原理見圖1。

圖1 試驗(yàn)線路原理圖

從圖1可見，其電流源回路同常規(guī)，但電壓回路產(chǎn)生的恢復(fù)電壓為一上升的對數(shù)波形，且波頭、電流及電壓均可調(diào)節(jié)（見圖2）。在此電壓作用下，試品觸頭（滅弧室）會(huì)不斷地被擊穿，直至開距逐漸加大，介電性能逐漸提高，最終不再發(fā)生重燃為止（見圖3）。

圖2 測試空載及負(fù)載特性試驗(yàn)時(shí)的電壓回路恢復(fù) 電壓波形（對數(shù)波形）及TRV包絡(luò)線

圖3 預(yù)期的恢復(fù)電壓波形（效果圖）

將多次擊穿電壓的頂點(diǎn)連成一條曲線（可能要進(jìn)行圓整處理），則這條曲線就是該試品的實(shí)際介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性曲線。若將獲得的特性曲線與相應(yīng)試驗(yàn)方式下標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TRV波形（見圖2）作比對，則可發(fā)現(xiàn)兩條曲線是否有相交（相切）點(diǎn)，有就表示會(huì)發(fā)生重燃，無相交點(diǎn)，則表示能順利有效開斷。

3 試驗(yàn)線路元件參數(shù)的計(jì)算原則及具體要求

1）負(fù)載電阻hR、分壓器FY要盡量靠近被試開關(guān)，以盡可能減小試品側(cè)的等值電容，否則會(huì)影響波頭陡度。

2）最好用高阻值及小電容值的阻容分壓器來測觸頭間的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度波形，此波形是鋸齒狀上升波形（見圖3）。

3）負(fù)載電阻要足夠大，使高壓回路的電流hi＜2A（幅值），且自身電感要盡量小，這就要求采用無感繞制。通常選取Rh為100多千歐；hC為4～6μF可調(diào)。

4）阻容分壓器的電容FYC要盡量小，最好≤ 300pF，F(xiàn)YR要高阻值的，最好＞10M?。

5）主電容hC的充電電壓，主要由被試品的額定電壓等級來確定。對于126kV級的斷路器，充電電壓為：空載試驗(yàn)時(shí)chu≈220kVDC；負(fù)載試驗(yàn)時(shí)chu≈DC235kV。總的原則是要高于相應(yīng)試驗(yàn)方式TRV的峰值uc。

4 試驗(yàn)操作程序

1）做空載特性試驗(yàn)時(shí)，在SP分閘前（觸頭分開前）約1～2ms投入電壓回路（觸發(fā)GQ）。在SP開斷小電流ih后，觸頭間施加對數(shù)波形的恢復(fù)電壓，使之不斷擊穿后熄滅，形成鋸齒狀上升的介質(zhì)恢復(fù)電壓波形。

2）做負(fù)載特性試驗(yàn)時(shí)，在SP開斷前（熄弧前1～2ms）讓GQ動(dòng)作，投入電壓回路。此種工況下，SP狀態(tài)是剛開斷短路電流，滅弧室中的電熱狀態(tài)與直接試驗(yàn)相同，此時(shí)再施加上述的對數(shù)波形恢復(fù)電壓，實(shí)測觸頭間的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性。SP的燃弧時(shí)間，按短燃弧、中及長燃弧，各一次。

3）空載試驗(yàn)時(shí)GQ由試驗(yàn)程控器BE 3200參照SP分閘時(shí)間來發(fā)出點(diǎn)火指令，負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，GQ由同步裝置來發(fā)出點(diǎn)火指令，越前時(shí)間控制在約1000μs。

5 預(yù)期的恢復(fù)電壓波形（見圖3）

該波形不是某特定被試開關(guān)以及圖2標(biāo)示回路參數(shù)下測得的斷口介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度曲線，是供參考的效果波形，因?yàn)樵撎匦郧€是不能用仿真方法來獲得的。

6 結(jié)束語

本課題研究的目的是希望在一種新產(chǎn)品的研制過程中，在樣品試制階段就用測試觸頭間的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度來間接判斷該新產(chǎn)品的開斷能力，以達(dá)到縮短研制周期，節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間和費(fèi)用。特別適用于開斷容性電流，要求具有高電壽命的專用開關(guān)中間階段的檢查判斷測試。當(dāng)然對于已經(jīng)投入現(xiàn)場使用過一段時(shí)間的斷路器，也可以用這個(gè)方法來抽查判斷其電壽命開斷性能。

從圖2標(biāo)示的126kV級試驗(yàn)回路參數(shù)所得的仿真波形可見，對兩參數(shù)TRV的峰值CU（A′點(diǎn)），指數(shù)波形的恢復(fù)電壓曲線尚未覆蓋A′點(diǎn)，可采取適當(dāng)提高充電電壓chU或提高指數(shù)波頭陡度來解決，對于四參數(shù)的TRV包絡(luò)線，已經(jīng)被完全覆蓋。

[1]GB 1984—2003 高壓交流斷路器[S].

[2]徐國政, 著. 高壓斷路器原理和應(yīng)用[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2000.