摘要：高压断路器是电力系统中的重要设备，熟悉断路器的结构、工作原理以及机械特性参数对电力行业员工具有重要意义。本文以ZN65-12型真空断路器为例，详细地分析了其结构、分合闸工作原理以及机械特性参数。
关键词：断路器；结构；工作原理；机械特性
1 引言
高压断路器运行可靠性对电网的保护与控制至关重要。机械特性参数是评价断路器操动性能的重要指标。在断路器型式试验、出厂检验或交接试验前都必须对机械特性进行严格测试，对于投运中的断路器，也必须对其进行定期机械特性测试，通过发现机械特性参数异常安排检修预防断路器的运行故障。对断路器机械特性参数进行测试之前，需要熟悉断路器的结构、工作原理以及操动时的分合闸过程，从动触头的分合闸曲线上明白与断路器性能相关的各类机械特性参数。本文将详细介绍断路器的结构、工作原理以及机械特性参数。
2 高压断路器结构简介
高压断路器是一种专用于断开或接通电路的开关设备，在电力系统正常运行时它能够接通或切断负荷电流；在电气设备或线路发生短路故障、严重过负荷时，能够由继电保护装置控制而迅速切断故障电流，以防止事故范围的扩大。断路器根据装设地点，可分为户内和户外两种型式；按照使用的灭弧介质和灭弧原理可分为油断路器、空气断路器、六氟化硫断路器、真空断路器等。由于油断路器运行和维护工作量大、有火灾危险，空气断路器结构复杂、制造工艺和材料要求高，且有色金属消耗多，维护工作量大。目前油断路器、空气断路器逐渐被六氟化硫断路器和真空断路器取代。
本文的研究和实验是以ZN65-12型真空断路器为例，ZN65-12型真空断路器的内部结构如图1所示，各个部件的名称已经标出说明。
断路器的操动机构布置在断路器前面、灭弧室布置在后面，它们共同在一共结构框架上，该整体结构具有很好的结构刚度和传动机械效率，使得断路器具有机械特性稳定、电气性能可靠等优点。真
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1机构箱体 2绝缘子 3灭弧室 4上出线端
5安装挂板 6合闸弹簧 7辅助开关 8二次插头
9分闸电磁铁 10合闸电磁铁 11油缓冲 12软连接
13下出线端 14变直传动机构 15绝缘连杆 16分闸弹簧
图1 ZN65-12断路器内部结构示意图
空灭弧室通过拥有高绝缘性能的支撑绝缘子以固定端朝上、动端朝下的垂直状态固定在基架上，灭弧室通过变直传动机构与操动机构相连接。操动机构输出给灭弧室的机械运动通过动导电杆变直机构，变为沿灭弧室动导电杆轴线方向的上下直线运动。断路器三相的变直机构里都设有专门的动导电杆导向装置，以确保灭弧室中动导电杆的运动方向。断路器操动机构按照功能可分为四个功能单元，分别为合闸功能单元、分闸功能单元、传动功能单元和辅助功能单元，每个单元负责各自的功能任务[1-3]。
3 高压断路器的工作原理
断路器的操动过程分为合闸运动和分闸运动。
3.1 合闸运动
合闸运动由合闸功能单元完成：合闸之前首先要进行合闸弹簧的储能。弹簧储能由断路器中的电机负责，电机通过减速箱拉伸合闸弹簧（减速箱一侧挂有挂簧拐臂、另一侧为输出合闸动力的驱动凸轮），当拉伸到预定位置时弹簧将被保持机构保持在储能位置，此时已储存完毕合闸所需的能量。当断路器接收到合闸命令时，保持机构立即解体释放合闸弹簧，合闸弹簧快速收缩拉动驱动凸轮，所储存的能量通过专门的连杆传递到灭弧室，使得灭弧室中动触头运动，从而完成断路器的合闸操作[4,5]。
3.2 分闸运动
分闸运动由分闸功能单元完成：在合闸动作完成后，合闸保持挚子将断路器保持在合闸状态。挚子布置在分闸功能单元下端，在合闸动作后与断路器主轴扣在一起，从而使断路器保持在合闸状态。挚子通过两级减力机构将力传递到分闸单元的脱扣板上，当机构接收到分闸命令时，脱扣板将被分闸铁芯顶开，使两级减力机构解体，导致合闸保持挚子与主轴间扣接状态解体。最后在分闸弹簧的作用力下动触头离开静触头运动，从而实现分闸操作[6]。
4 断路器机械特性参数
断路器的机械特性参数是评价其动作性能的有效依据。参数包括：分(合)闸时间、分(合)闸同期性、开距、超程、平均速度和最大速度等。该参数是通过测试分合闸过程得到的，以断路器的合闸过程为例，如图2所示：断路器接收到合闸命令信号后，动触头开始合闸运动，到.png)
时刻动静触头相接触，接触后动触头将一直继续运动到达最大行程位置.png)
，此时受到机构弹力作用发生合闸弹跳而来回震荡运动，最终在.png)
时刻静止，完成合闸动作。
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图2 断路器合闸过程动触头行程曲线
断路器各个机械特性参数的定义如下：
1）合闸时间：指断路器接收到合闸信号瞬间到三相触头都接触瞬间之间的时间间隔，.png)
；也有地方定义为从接收到合闸信号瞬间到合闸动作完成最终稳定静止的时间间隔，.png)
。
2）分闸时间：指断路器接收到合闸信号瞬间到三相触头都接触瞬间之间的时间间隔；也有地方定义为从接收到分闸信号瞬间到分闸动作完成最终稳定静止的时间间隔。
3）行程：分合闸过程中，从动触头起始位置到任一位置间的距离。
4）触头开距：在断路器分闸状态时，动触头与静触头之间的距离，.png)
。
5）超程：也称超行程、接触行程，指从动静触头接触到最终静止位置的距离，.png)
。
6）刚合速度：在断路器合闸过程中，动静触头刚接触瞬间的速度；
7）刚分速度：在断路器分闸过程中，动静触头刚分离瞬间的速度；
8）合闸平均速度：指断路器合闸时，从动触头开始运动到与静触头刚接触这一段行程（即开距）之间触头的平均运动速度；也有地方定义为从合闸运动开始到合闸稳定结束整个过程中动触头的平均运动速度。
9）分闸平均速度：指断路器分闸时，从动触头分开到动触头运动达到6mm行程之间的平均速度；也有地方定义为从分闸运动开始到分闸稳定结束整个过程中动触头的平均运动速度。
10）合闸最大速度：在断路器的整个合闸过程中动触头的最大运动速度。
11）分闸最大速度：在断路器的整个分闸过程中动触头的最大运动速度。
12）合闸触头弹跳时间：在合闸过程中，从动静触头接触到经反复弹跳最终达到稳定的时间，.png)
。
13）三相同期性：由于分合闸过程中断路器三相触头不是同时完成的，总存在一定的时间差，最早接触（分开）和最晚接触（分开）两相之间的时间间隔就是三相同期性[7]。
5 结论
高压断路器是电力系统中的重要设备。熟悉断路器的结构、工作原理以及机械特性参数具有重要意义。本文以ZN65-12型真空断路器为例，详细地介绍了其结构、分合闸工作原理以及机械特性参数。
参考文献
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作者简介：
论文作者:吴成坚,吴侃,金浙湘,梁海斌,徐贤渝
论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/13
标签：断路器论文; 触头论文; 特性论文; 机构论文; 机械论文; 速度论文; 参数论文; 《电力设备》2019年第22期论文;