本文所涉及的開關(guān)主要是高壓斷路器,實(shí)驗(yàn)時(shí)以真空斷路器為主。對(duì)高壓斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障,從而提高其運(yùn)行可靠性。此外,電力設(shè)備由定期維修轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)維修時(shí),高壓斷路器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)開關(guān)設(shè)備的重要參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)的在線監(jiān)測(cè),不僅可以提供設(shè)備現(xiàn)有的運(yùn)行狀態(tài),而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢(shì),判斷有無存在故障的先兆,為設(shè)備的狀態(tài)維修提供依據(jù),從而增大設(shè)備的維修保養(yǎng)周期,提高設(shè)備的利用率,減少維修保養(yǎng)的費(fèi)用,因而具有重要經(jīng)濟(jì)意義。

  開關(guān)回路電阻是開關(guān)本體包括的整個(gè)導(dǎo)電回路的有效電阻。開關(guān)回路電阻的劣化是開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)的目標(biāo)之一,因此也是高壓開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)研究的組成部分。

1.真空滅弧室觸頭電接觸狀態(tài)

  真空滅弧室是真空斷路器的關(guān)鍵部件,是真空斷路器的“心臟”,它基本上決定了真空斷路器的主要性能,因此真空滅弧室的工作狀態(tài)至關(guān)重要。圖2.1為真空滅弧室的結(jié)構(gòu)示意圖,它由絕緣部分和導(dǎo)電部分組成。真空滅弧室觸頭的電接觸狀態(tài)決定其回路電阻,因此開關(guān)回路電阻測(cè)量很容易判斷觸頭的燒損情況,根據(jù)觸頭的燒損狀態(tài)就可以決定斷路器是否需要大修。

  按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及各地電力部門的規(guī)定:運(yùn)行的斷路器每年的例行試驗(yàn)包括斷路器的動(dòng)作時(shí)間和斷路器本體接觸電阻等,這些試驗(yàn)對(duì)判斷斷路器的運(yùn)行狀況有一定的作用。斷路器的大修周期一般為開斷額定電流2000次,但這只是推薦數(shù)值,究竟斷路器的狀態(tài)如何是近年來越來越多的人所關(guān)心的問題。

  一般斷路器推薦開斷額定短路電流20次就要大修,有些斷路器制造廠也提供了斷路器大修所達(dá)到的安培次數(shù)值(開斷電流的安培值乘以開斷次數(shù))。但實(shí)際,斷路器在使用過程中很少到額定短路電流的開斷情況。正常情況下都是小于額定工作電流的開斷,并且每次開斷的電流均不相同。根據(jù)目前的技術(shù)水平單臺(tái)斷路器每一次開斷電流都有記錄的代價(jià)比較高,所以對(duì)絕大多數(shù)斷路器來講,要取得其安培次數(shù)值是不可能的。近幾年隨著計(jì)算機(jī)和快速采樣技術(shù)的發(fā)展,用電阻測(cè)量法來判斷觸頭的燒損數(shù)值成為經(jīng)濟(jì)和有效的方法。

  觸頭是真空滅弧室內(nèi)最為重要的元件,目前真空開關(guān)的觸頭系統(tǒng)就接觸方式而言都是對(duì)接式的。真空滅弧室的開斷能力和電氣壽命主要由觸頭來決定。真空滅弧室開斷能力的提高,在很大程度上取決于觸頭的結(jié)構(gòu),不同的觸頭結(jié)構(gòu)接觸電阻也不同。真空觸頭具有三種典型的結(jié)構(gòu)形式:平板觸頭、橫磁場(chǎng)觸頭(杯狀、螺旋)、縱磁場(chǎng)觸頭。

1、平板觸頭

  最初的真空滅弧室采用簡(jiǎn)單的平板觸頭,如圖.2a2所示。要增大開斷電流,就得增大觸頭截面積。當(dāng)電流超過10KA時(shí),真空電弧聚集,并停滯在局部地方,隨著電弧溫度的上升,產(chǎn)生嚴(yán)重熔焊的斑點(diǎn),失去了開斷電流的能力。對(duì)于新滅弧室,平板觸頭接觸電阻比較小。

2、橫磁場(chǎng)觸頭

  為了防止觸頭局部熔焊,利用電弧沿特殊路徑流過觸頭產(chǎn)生橫磁場(chǎng)而驅(qū)動(dòng)電弧在觸頭表面上運(yùn)動(dòng)。這種橫磁場(chǎng)觸頭常見的有兩種:一種為杯狀橫磁場(chǎng)觸頭,如圖2.2b所示;另一種為螺旋橫磁場(chǎng)觸頭,如圖2.2c所示。杯狀觸頭在開斷大電流時(shí),它的電弧電壓比螺旋觸頭的要低,電磨損也要小。在相同觸頭直徑下,杯狀觸頭的開斷能力比螺旋觸頭要大一些,而且電氣壽命也較長(zhǎng)。但在另一方面,由于這種觸頭接觸面積較小,接觸電阻較大。

3、縱磁場(chǎng)觸頭

  縱磁場(chǎng)觸頭沿正極性真空弧柱的軸向施加一磁場(chǎng),使之熄弧更為強(qiáng)烈。有此觸頭的真空滅弧室,其開斷電流在試驗(yàn)室已高達(dá)200kA?？v磁場(chǎng)觸頭有兩種結(jié)構(gòu)形式:一種為用裝在滅弧室外圍的線圈產(chǎn)生縱磁場(chǎng),如圖.22d所示;另一種為觸頭本身的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生縱磁場(chǎng),如圖2.e2所示,由于一般縱磁結(jié)構(gòu)觸頭直徑都比較大,這種觸頭的接觸電阻最小。由于被測(cè)觸頭結(jié)構(gòu)為縱向磁場(chǎng)觸頭時(shí),觸頭上增加了輪狀線圈。故觸頭呈現(xiàn)電感特性,可等效為一個(gè)微歐級(jí)的小電阻和一個(gè)微亨級(jí)的小電感串聯(lián)。在測(cè)量斷路器滅弧室的接觸電阻時(shí),必需考慮觸頭線圈電感的影響。