关于断路器跳闸问题的危害分析

关于断路器跳闸问题的危害分析

跳闸直接影响到灭弧室的电寿命。采用缓冲机构减小弹跳的方法又会影响到断路器工作的可靠性。为此从真空断路器的工作机理出发，分析这几种因素之间的关系，找出主要矛盾。提出应对策略。

主题词：真空断路器 合闸弹跳 危害性

合闸弹跳为断路器在合闸时触头刚接触直至触头稳定接触瞬间为止的时间。所有直读数据的开关特性测试仪都是按照这个定义来设计制造的。影响灭弧室电寿命的是电弧，而电弧只有在动静触头不接触时才会产生，在动静触头接触时不会产生。大量实践及理论分析均表明，真正对真空开关的电寿命有影响的因素是：合闸过程中，触头刚接触直至触头稳定接触瞬间为止，这期间的触头断开时间。供电部门在工程安装时，一般都按《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》(GB50150—91)对设备进行验收，GB50150—91第11.0.7条规定：真空断路器合闸过程中，触头接触后弹跳时间不应大于2ms，这也与实际工作有差异。真空断路器分合电路的工作是由真空灭弧室来完成的，开关的参数必须满足灭弧室的性能要求，如灭弧室要求合闸速度为0.4～1.0m/s，开关的速度能够在0.3～0.7m/s之间，那么配该型号灭弧室的真空断路器其合闸速度必须调整在0.4～0.7m/s之间，同样，如果真空灭弧室合闸弹跳要求不大于5ms，那么配该型号灭弧室的断路器其合闸弹跳的允许范围也是不大于5ms。是不是应将合闸弹跳一律定为不大于2ms是值得探讨的。技术不断地在更新，在发展，标准也应不断地完善，新型触头材料抗熔焊性能极好，在发生熔焊时，熔焊点呈脆性，熔焊层机械强度小，破坏熔焊所需的力小于真空断路器的分闸力。目前许多国外同类产品如日本东芝公司10kV断路器只要求弹跳小于10 ms，新型触头材料的应用为合闸弹跳时间突破2ms创造了条件。目前许多真空灭弧室规定的合闸弹跳时间都大于2ms，仅要求小于3ms，甚至5ms。

合闸弹跳是真空断路器机械特性的一种重要参数，由于合闸弹跳过程中，触头断开距离小，电弧不会熄灭，导致触头电磨损加重，从而影响灭弧室的电寿命，但由于其存在时间较短，远小于合闸过程中电弧燃烧时间，所以一般认为，在一定范围内的弹跳最主要的危害在于加速了灭弧室触头的磨损，从而导致灭弧室电寿命的缩短。在弹跳过程中，电流电弧没有熄灭，不会产生操作过电压，通过型式试验的情况看，断路器在经过老炼后，或者在进行开断试验后，弹跳会有明显的改善。大量的运行实践也表明，真空断路器在经过一段时间运行之后，由于切合负荷电流，其灭弧室触头表面金属结构有了细微变化，其合闸弹跳时间显著减小，甚至消失，真空度、工频耐压水平也有所提高。

弹跳对真空灭弧室电寿命的危害到底有多大?曾有1台ZN23-35真空断路器，是1台电容器开关，运行时间约1年，切合电容器524次，因外绝缘被破坏而报废。在分析故障原因时我们打开了灭弧室，发现灭弧室动静触头均光洁如新，只在动触头接触面外围有一约3mm2的熔融点，分析结果认为可能是真空断路器在开断故障电流时所留。查阅此台断路器档案，投运前断路器该相弹跳为3ms，

弹跳波形为振荡式，测量该波形，得到断路器在合闸弹跳过程中动静触头分开时间为1.5ms。由于真空断路器与油断路器不同，在合闸状态没有插入行程，而是2个平面依靠一定的压力结合在一起，所以合闸过程中，由于动静触头的非弹性碰撞引起弹跳。弹跳值大小与诸多因素有关，如触头弹簧的弹力、合闸速度、开距以及真空开关的触头材料等，安装、调试质量，零部件如铝支座、灭弧室、轴销、换向器的加工精度也同样影响真空断路器合闸弹跳时间的长短。为了把断路器的合闸弹跳时间减小到规定范围内，通常采取以下措施：

(1)提高配件的加工精度，使铝支座与轴、换向器与钢销、轴等紧密配合，减小空程间隙。

(2)加强装配工艺质量控制，提高装配工艺质量。在真空断路器装配过程中，注意安装合理，不使真空灭弧室受到额外的力。调整导向管的位置，使灭弧室动触头的运动轨迹通过灭弧室的轴心，真空灭弧室动触头活动自如，无任何卡涩现象。

(3)适度加大触头超程弹簧预压力。

通过采取以上措施，可以有效地控制真空断路器合闸弹跳时间。

ZN23-35真空断路器由于触头面积大、行程长，合闸速度快、冲量大，尤其是在配CT10型弹簧操作机构时，弹跳大而且不易稳定。为了减小弹跳值，在真空断路器灭弧室静端如加设蝶形簧等，能形成合闸缓冲，使合闸弹跳时间减小，但却带来断路器工作不可靠的问题。在江苏盐城供电部门，调试人员反映某大型开关厂生产的ZN23-35真空断路器在安装前测试弹跳值非常小，三相均只有1 ms，但一连上母排，弹跳就变得非常大，达10ms以上，这是因为采用了静支座合闸缓冲的缘故。在安装前，缓冲效果明显，所以弹跳较小，但连接上母排以后，静端被固定，失去了缓冲效果，导致弹跳加剧。一般情况下，进行机械特性试验都拆除了母线，所以这种情况较隐蔽，不易被察觉。在加了合闸缓冲装置以后，合闸过程中静触头不再是刚性的，静触头随动触头运行距离加大，灭弧室抖动幅度随之增大，这样极有可能造成灭弧室外壳破裂，而且在开断故障电流时，故障电流所产生的巨大电动力，会造成灭弧室横向摆动，导致灭弧室损坏，从而引发断路器爆炸事故。靠降低断路器的可靠性来保证合闸弹跳参数，延长本已足够长的真空断路器的电寿命，是得不偿失的。

我国已有20多年的真空断路器运行经验，从国内真空断路器运行情况来看，由于真空断路器寿命终结而发生故障的并不多见。从运行情况来看，国产真空断路器最大的问题是可靠性差，尤其是机械故障率高。大量资料表明，国产真空断路器各项参数如电寿命等均已达到甚至超过国外同类产品，唯有可靠性与外观与国外产品仍有相当大的差距。断路器的高可靠性是国产断路器必须奋起直追的首要目标，在断路器的可靠性问题解决之前，过长的电寿命是一种不必要的浪费，因而弹跳问题要解决，但首先必须设法提高国产真空断路器的可靠性。目前国产的10kV系列真空断路器和配电磁机构的35kV真空断路器，由于采取了一系列技术措施，经过不断地完善和发展，其可靠性极高，各项性能指标包括合闸弹跳

时间在内，都十分稳定。配CT10型弹簧操作机构的35kV真空断路器，由于操作机构的设计和生产的质量问题，机械故障率高，可靠性低，尤其合闸弹跳时间长，难以调整，且不稳定，是所有断路器生产厂在生产该型断路器时所遇到的共同问题。目前研制的ZN23-35配弹簧操作机构的改进型真空断路器，操作机构与真空断路器反力特性能很好地匹配，消除了配CT10型弹簧操作机械的ZN23-35真空断路器存在的机构振动大，弹跳不稳定，机械故障率高等现象，有效提高了真空断路器的可靠性。