開(kāi)關(guān)回路電阻測量原理

本文所涉及的開(kāi)關(guān)主要是高壓斷路器,實(shí)驗時(shí)以真空斷路器為主。對高壓斷路器狀態(tài)監測和故障診斷可以及時(shí)發(fā)現故障,從而提高其運行可靠性。此外,電力設備由定期維修轉變?yōu)闋顟B(tài)維修時(shí),高壓斷路器的狀態(tài)監測對開(kāi)關(guān)設備的重要參數進(jìn)行長(cháng)期連續的在線(xiàn)監測,不僅可以提供設備現有的運行狀態(tài),而且還能分析各種重要參數的變化趨勢,判斷有無(wú)存在故障的先兆,為設備的狀態(tài)維修提供依據,從而增大設備的維修保養周期,提高設備的利用率,減少維修保養的費用,因而具有重要經(jīng)濟意義。

  開(kāi)關(guān)回路電阻是開(kāi)關(guān)本體包括的整個(gè)導電回路的有效電阻。開(kāi)關(guān)回路電阻的劣化是開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測的目標之一,因此也是高壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測研究的組成部分。

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為真空滅弧室的結構示意圖,它由絕緣部分和導電部分組成。真空滅弧室觸頭的電接觸狀態(tài)決定其回路電阻,因此開(kāi)關(guān)回路電阻測量很容易判斷觸頭的燒損情況,根據觸頭的燒損狀態(tài)就可以決定斷路器是否需要大修。

  按國家標準及各地電力部門(mén)的規定:運行的斷路器每年的例行試驗包括斷路器的動(dòng)作時(shí)間和斷路器本體接觸電阻等,這些試驗對判斷斷路器的運行狀況有一定的作用。斷路器的大修周期一般為開(kāi)斷額定電流2000次,但這只是推薦數值,究竟斷路器的狀態(tài)如何是近年來(lái)越來(lái)越多的人所關(guān)心的問(wèn)題。

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

  觸頭是真空滅弧室內最為重要的元件,目前真空開(kāi)關(guān)的觸頭系統就接觸方式而言都是對接式的。真空滅弧室的開(kāi)斷能力和電氣壽命主要由觸頭來(lái)決定。真空滅弧室開(kāi)斷能力的提高,在很大程度上取決于觸頭的結構,不同的觸頭結構接觸電阻也不同。真空觸頭具有三種典型的結構形式: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(kāi)斷電流,就得增大觸頭截面積。當電流超過(guò)10KA時(shí),真空電弧聚集,并停滯在局部地方,隨著(zhù)電弧溫度的上升,產(chǎn)生嚴重熔焊的斑點(diǎn),失去了開(kāi)斷電流的能力。對于新滅弧室,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(guò)觸頭產(chǎn)生橫磁場(chǎng)而驅動(dòng)電弧在觸頭表面上運動(dòng)。這種橫磁場(chǎng)觸頭常見(jiàn)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(kāi)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(kāi)斷能力比螺旋觸頭要大一些,而且電氣壽命也較長(cháng)。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),使之熄弧更為強烈。有此觸頭的真空滅弧室,其開(kāi)斷電流在試驗室已高達200kA?？v磁場(chǎng)觸頭有兩種結構形式:一種為用裝在滅弧室外圍的線(xiàn)圈產(chǎn)生縱磁場(chǎng),如圖.22d所示;另一種為觸頭本身的結構產(chǎn)生縱磁場(chǎng),如圖2.e2所示,由于一般縱磁結構觸頭直徑都比較大,這種觸頭的接觸電阻最小。由于被測觸頭結構為縱向磁場(chǎng)觸頭時(shí),觸頭上增加了輪狀線(xiàn)圈。故觸頭呈現電感特性,可等效為一個(gè)微歐級的小電阻和一個(gè)微亨級的小電感串聯(lián)。在測量斷路器滅弧室的接觸電阻時(shí),必需考慮觸頭線(xiàn)圈電感的影響。