摘要：为了研究温度对断路器分、合闸时间，分、合闸速度，分、合闸同期性等机械特性参数的影响规律，对LW30-252型高压断路器在不同温度下的机械特性参数进行了测试，并对不同定义下分、合闸速度进行对比性研究。测试结果表明在不同环境温度下断路器分、合闸时间与合闸同期性均满足产品技术条件的规定，而在低温条件下断路器的分闸同期性超过了产品技术条件的规定。这表明在寒冷地区的设备运维单位在产品验收时应充分考虑低温对断路器分、合闸同期性的影响，留有一定裕度。当断路器生产厂家与行业标准对分、合闸速度的定义不一致时，在试验过程中推荐按照厂家的定义进行测量。在交接试验中，考虑到低温环境对断路器合、分闸速度的影响应加强测量的机械特性行程曲线与型式试验的参考曲线的包络线的比较。
关键词：断路器；机械特性；参数；温度；影响
0 引言
高压断路器是电网中重要的控制和保护设备，可以根据电网运行需要，将部分电气设备或线路投入或退出运行，也可以在系统某一部分发生故障后与保护装置配合，及时切除故障部分，保证电网无故障部分的安全运行[1-2]。
操动机构是高压断路器的重要组成部分，断路器的分、合闸动作都是通过操动机构来实现的，操动机构的性能决定着高压断路器的工作性能和可靠性。高压断路器的故障80%是由于机械特性不良造成的，且大多数故障是操动机构的问题[3]。国内外对操动机构机械特性的研究基本都是在常温下进行的，低温下相关的研究很少。在东北、内蒙古东部和新疆等地区，冬季温度会达到-35℃，断路器机械特性可能会发生变化，为此对LW30-252型高压断路器进行了低温下断路器特性试验，探讨温度对断路器分、合闸时间，分、合闸速度，分、合闸同期性等机械特性参数的影响规律。同时，对不同定义下分、合闸速度进行了对比性研究，并根据研究结果提出了低温环境下断路器机械特性测试的重点要求，以供运维单位借鉴。
1 低温对断路器机械特性的影响分析
1.1 分、合闸时间与环境温度关系
（1）断路器的分闸（初分）时间随环境温度的降低有所增长，环境温度在12℃下的分闸（初分）时间为环境温度在-32℃下分闸（初分）时间的99.0%；而分-合-分操作方式下的再分时间随环境温度的降低而变短，环境温度在-32℃下的再分时间为环境温度在12℃下再分时间的98.0%，造成这一现象的原因主要是合闸瞬间动力下降，过冲行程变短。
（2）断路器的合闸时间随环境温度的降低有所增长，环境温度在12℃下的合闸时间为环境温度在-32℃下合闸时间的88.0%；这主要是由于随着温度的降低，操动机构内液压油粘性增大、流动性变差、阻力增加导致速度降低，致使合闸时间增长。
1.2 分、合闸速度与环境温度关系
断路器的合闸速度和分闸速度均随环境温度的降低而变慢。环境温度在-32℃下的合闸速度为环境温度在12℃下合闸速度的94.0%，即下降了6.0%。环境温度在-32℃下的分闸速度为环境温度在12℃下分闸速度的97.0%，即下降了3%。
断路器合闸速度和分闸速度随温度降低而变慢的主要原因是由于随着环境温度的降低，操动机构内液压油粘性增大、流动性变差、阻力增加所致。断路器合闸速度直接影响短路关合电流能力和重合闸性能，断路器分闸速度决定切断故障电流的能力，因此保证低温时断路器分、合闸速度满足要求是断路器能否适于高寒地区运行的关键。
1.3 分、合闸同期性
在环境温度变化时，断路器的合闸同期性都＜4ms，符合要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆断路器在12℃下分闸同期性为1.9ms、-24℃下分闸同期性为2.0ms、-32℃下分闸同期性为2.1ms，即-32℃温度条件下分闸同期性超过标准要求的≤2ms的范围。造成分闸同期性大于标准的原因是由于在设备安装调试阶段，厂家未能将设备调整到最佳位置，并留出相应的裕度，即气温较高时分闸同期性已接近标准值，而在温度降低时出现了稍微偏差即超过了标准值。
1.4 弹跳
正断路器合闸操作和分-合-分重合闸操作，无论是在夏季还是冬季的试验表明，触头弹跳的次数都较多，说明断路器在安装调试时其状态不理想。此外，查看厂家出厂检验记录的合闸示波图，也有明显的弹跳。
2 不同定义下分、合闸速度对比性研究
刚分后平均速度，厂家规定按刚分后40%总行程的平均速度，而在DL/T846.3-2004《高电压测试设备通用技术条件第3分部分：高压开关综合测试仪》中规定，触头刚分速度是开关分闸过程中，动触头与静触头分离瞬间的运动速度。测试有困难时，常以刚分后10ms内的平均值表征。
刚合前平均速度，厂家规定按刚合前40%总行程的平均速度，而在DL/T846.3-2004《高电压测试设备通用技术条件第3分部分：高压开关综合测试仪》中规定，触头刚合速度是开关合闸过程中，动触头与静触头接触瞬间的运动速度。测试有困难时，常以刚合前10ms内的平均值表征。
由此可以看出厂家规定的刚合前、刚分后的平均速度与标准定义中规定的刚合前、刚分后的平均速度定义不一致。
3 低温环境下断路器机械特性测试的重点要求
根据1.2的分析可见，随着温度的降低，分、合闸速度呈现下降趋势，体现在机械特性行程曲线上就是斜率的变化。根据国家标准GB1984-2014《高压交流断路器》6.101.1.1的要求如下：
“型式试验前，应建立断路器的空载机械特性行程曲线，这些曲线可以作为参考的机械行程特性。这些参考的机械行程特性是为了表征断路器的机械性能。在出厂试验和交接试验时，均要求进行类似的试验。
根据参考的机械行程特性确定上下允许偏差的限值，从分闸时的触头分离时刻和合闸时的触头接触时刻到触头行程终止时刻，划出两条包络线。两条包络线距初始点的距离应在总行程的±5%范围内。目前，在出厂试验和交接试验过程中，测量的机械特性行程曲线基本没有与型式试验的参考曲线的包络线进行比较，考虑到低温环境对断路器合、分闸速度的影响，十分有必要加强该要求。
4 结语
通过对充有SF6和CF4混合气体的LW30-252型高压交流六氟化硫断路器在不同环境温度下的机械参数测量表明：
（1）在不同环境温度下断路器分、合闸时间均满足产品技术要求；在不同环境温度下断路器合闸同期性满足产品技术条件的规定，而在低温条件下断路器分闸同期性超过产品技术条件的规定。（2）随着温度的降低，分、合闸速度呈现下降趋势，体现在机械特性行程曲线上就是斜率的变化。若出厂在不考虑温度的情况下仅将速度调整到合格范围内，有可能在低温时速度下降过大，造成性能达不到要求的情况。（3）当分、合闸速度定义不一致时，所得的结果也不尽相同。由于不同断路器生产厂家对速度的定义存在差异，因此，在试验过程中要按照厂家的定义进行测量，避免造成误判断。
参考文献：
[1]徐国政，张节容，钱家骊，等．高压断路器原理和应用[M]．北京：清华大学出版社，2000：33-57．
[2]林莘．现代高压电器技术[M]．北京：机械工业出版社，2002：12-16．
[3]曹阳，肖辉，莫臣，等．变电站高压断路器特性试验问题探讨[J]．高压电器，2010，46（3）：75-78．
论文作者:郭跃男
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/16
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