開關(guān)回路電阻測量原理

 本文所涉及的開關(guān)主要是高壓斷路器,實(shí)驗時以真空斷路器為主。對高壓斷路器狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷可以及時發(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,高壓斷路器的狀態(tài)監(jiān)測對開關(guān)設(shè)備的重要參數(shù)進(jìn)行長期連續(xù)的在線監(jiān)測,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,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)檢測的目標(biāo)之一,因此也是高壓開關(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(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包括斷路器的動作時間和斷路器本體接觸電阻等,這些試驗對判斷斷路器的運(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)水平單臺斷路器每一次開斷電流都有記錄的代價比較高,所以對絕大多數(shù)斷路器來講,要取得其安培次數(shù)值是不可能的。近幾年隨著計算機(jī)和快速采樣技術(shù)的發(fā)展,用電阻測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、橫磁場觸頭(杯狀、螺旋)、縱磁場觸頭。

1、平板觸頭

  最初的真空滅弧室采用簡單的平板觸頭,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,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。對于新滅弧室,平板觸頭接觸電阻比較小。

2、橫磁場觸頭

  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)生橫磁場而驅(qū)動電弧在觸頭表面上運(yùn)動。這種橫磁場觸頭常見的有兩種:一種為杯狀橫磁場觸頭,如圖2.2b所示;另一種為螺旋橫磁場觸頭,如圖2.2c所示。杯狀觸頭在開斷大電流時,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。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、縱磁場觸頭

  縱磁場觸頭沿正極性真空弧柱的軸向施加一磁場,使之熄弧更為強(qiáng)烈。有此觸頭的真空滅弧室,其開斷電流在試驗室已高達(dá)200kA。縱磁場觸頭有兩種結(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,如圖.22d所示;另一種為觸頭本身的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生縱磁場,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。由于被測觸頭結(jié)構(gòu)為縱向磁場觸頭時,觸頭上增加了輪狀線圈。故觸頭呈現(xiàn)電感特性,可等效為一個微歐級的小電阻和一個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,必需考慮觸頭線圈電感的影響。