摘要：本文主要以10kV真空式断路器为例，围绕着10kV的开关电气及机械特性的运行状态开展试验研究，望能够为相关专家及学者对这一课题的深入研究提供有价值的参考或者依据。
关键词：10kV；开关；电气；机械特性；运行状态；试验；
前言
开关，属于一种通俗的叫法，闸刀及断路器均可称之为开关。断路器，通常可起到断开较大故障电流，避免电力事故扩大化发展等作用，对10kV整个电力系统持续稳定的运行可起到一定保障作用。那么，为了能够更好地发挥断路器各项性能，防止其受到各方面因素所影响，以10kV真空式断路器为例，对10kV开关的电气与机械特性运行状态开展试验研究尤为必要。
1、电气特性实际运行状态的试验
电气特性实际运行状态的试验，属于10k V真空式断路器各项试验当中较为重要的一项试验，需检验开断及关合短路的电流能力。此试验开断的电流及恢复电压是由合成的回路所提供。如图1所示，为基本原理图。该整个回路是由两个部分所构成，即为Li电抗器组及Ci电容器组所构成电流源，Lu电抗器组及Cu电容器组所构成电流源。试验操作前期，试品的断路器应安置于图1当中SD处，让断路装置闭合。打开主合闸的开关HKI，对FD开关实施辅助闭合操作，其余设备准备完毕。几相开断最大电流的有效参数值在额定短路相开断电流的有效参数值31.6kA，2号中C相促使电流33.73kA倍开断。1号中B相、2号中C相各自开断至32.05kA、34.24kA时已失败告终，两者触头相比其余触头，金属熔化及烧蚀痕迹明显。以此次试验中断路器2号为例，成功开断部分，该试品的断路器被开断期间电弧被引燃，电压阶梯式跃升，而后电压参数值由于电弧不稳定燃烧出现波动情况，电流值降低，电压值随之降低，一直到电流参数值将至零及电弧已熄灭才停止；断路器1号合闸时刻，断路器双侧电压参数值骤燃降低，波形处平滑状态，因铜条电路的连接性为感性的阻抗，故电压的波形已超前期电流的波形变化；断路器9号经合闸之后，其电压波形为阻尼振荡形式，合闸后1.5ms期间波形不同于断路器1号，电压尖峰、毛刺明显。断路器9号经小电流关合，合闸之后电压波形1.5ms有尖峰出现，实际电压瞬间提升及降低。对真空式断路器的关合会产生影响的为合闸的弹跳。因真空式断路器为对接形式的触头，有着较高合闸速度，合闸期间触头有弹跳可能性，过电压出现，损坏电气设备绝缘特性，弹跳期间触头会有熔焊或烧伤情况出现，较长的弹跳时间促使波纹管损坏，进而有裂纹出现，灭弧室内有漏气问题发生。因而，越小的合闸弹跳越佳。电弧燃烧期间，触头材料会被熔化及蒸发掉，促使液滴、金属蒸汽呈溅射状态。理化分析触头后可了解到，较大电流的触头，会直接影响到触头所在表面的材料成分与微形貌。在扫描电镜显示下，可观察到开断较大电流试验操作后，该触头表面的形貌情况，再借助能谱分析装置，探测触头所在表面严重烧蚀范围含量与成分，切割局部触头制作成纵向剖面的样本，在扫描电镜下观察并能谱分析触头纵向的剖面。经观察及能谱分析后表明，此范围内Cr实际含量在55.73%左右，Cu实际含量在27.49%左右，比较于原始材料当中Cr、Cu之间含量比例50：50，便可表明严重烧蚀 范围Cu实际含量降低状况明显，促使Cr实际含量呈提升趋势。出现这一情况的原因在于受电弧影响之下，触头材料的表面Cu会受高温条件影响有蒸发情况出现。
图1开断试验的合成回路示图
2、机械特性实际运行状态的试验
10k V真空式断路器经多次分合后，机构可动的部分容易有机械磨损、老化等情况出现，故对10k V真空式断路器机械特性实际运行状态的试验及评估较为必要。此次机械特性实际运行状态的试验操作，主要是以机械动作、低电压的动作试验操作为主，并通过操动机构的零部件、灭弧室的真空度、波纹管的表面锈蚀状况的观察及电镜能谱的分析，充分了解10k V真空式断路器机械特性实际运行情况。经试验操作后可了解到，处于直流电压状态，高压的断路器运行期间，实施手柄操作、继电保护的动作分闸、自动进行重合闸等，关合均可靠。电源电压异常，分合闸的电磁铁不能依据指令做出相应机械动作，断路器会有拒动或误动情况出现，促使合闸线圈被烧坏。故断路器的操动机构中分闸的电磁铁，其动作电压最低为操作电压的额定参数值30%-65%（66-142V）。合闸的电磁铁动作电压最低为操作电压的额定参数值30%-80%（66-175V）；实施断路器低电压的动作试验操作，将控制的回路电压降低，每次升高到一定参数值后，分合闸，重复做以上动作，将范围缩小，分析分合闸动作电压最小精度参数值。从此次试验操作的结果当中即可了解到，断路器分合闸动作电压最大差异性显著，集中于90-125V。分子动作电压最大参数值内，最高的为断路器8号，为125V，最低为断路器12号，为91V。分合闸动作电压最低也处于额定值内，断路器的动作具备一定可靠性。
断路器各项性能降低主要是因其内部各个零部件所致，试验操作整体完成后，将断路器操动机构拆除，对各个零部件实施检测及试验操作，以查找到对断路器性能及质量会产生影响的真实因素。动触头受大气压的作用，内腔有闭合力情况出现，并与其静触头一同闭合，属于自闭力。反力，即为动触头拉开到额定的开距期间力的参数值。在相应标准之下，真空的灭弧室内自闭力及反力各为140N±50N、230N±50N。处于常规工艺条件下，灭弧室内自闭力及反力均值各为152N、225N，一次封排的工艺条件下，灭弧室内自闭力及反力均值各为117N、208N，略细小一些。解剖后了解到，一次封排的工艺条件下，灭弧室内波纹管并未有锈蚀痕迹存在。常规工艺条件下，灭弧室内波纹管的内壁位置有细微褐色斑点痕迹。取洁白、光滑波纹管开展能谱分析试验操作，其结果表明波纹管因不锈钢所制，洁白、光滑且无锈蚀波纹管当中，含量最高的为Fe，在70%左右，Cr为15%，还存在着Ni、Mn、Si、C等相应元素，但含量均相对较少一些。此外，Al、Ti等微量元素也存在与其中，褐斑是因波纹管被锈蚀，促使Fe氧化物形成，且残留着Al、Ti等氧化物。波纹管的表面经过相应处理之后，存在着较大空气湿度及金属离子的残留情况，促使波纹管内有锈蚀情况出现，对此应当采取相应措施防止这一情况出现。
3、结语
综上所述，通过本文以10kV真空式断路器为例，对于10kV开关的电气与机械特性运行状态所开展是试验研究后，我们基本上能够充分了解到于掌握10kV开关的电气与机械特性运行状态情况。从总体上来说，10kV开关的电气与机械特性具有一定复杂性，存在着各种影响因素，那么，为了能够更好地保证10kV开关的电气与机械特性，让10kV开关处于稳定可靠地运行状态，还需相关技术人员及专业人士多结合实践经验，进一步地研究10kV开关的电气与机械特性运行状态，便于寻找到更多此类课题研究的突破点及创新点，为10kV开关的电气与机械特性处于良好运行状态提供保障。
参考文献：
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论文作者:廖文勇
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/15
标签：断路器论文; 电压论文; 特性论文; 机械论文; 运行状态论文; 电流论文; 触头论文; 《电力设备》2019年第8期论文;