浅谈真空断路器机械特性的在线监测方法
发表时间：2018-10-23T15:27:02.987Z 来源：《防护工程》2018年第12期作者：王景阳[导读] 甚至威胁到整个电力系统的安全运行。因此，掌握对真空断路器机械特性进行在线监测的技术十分重要，本研究就最新研发的界面友好、易于操作、功能齐全、工作稳定、精度较高和扩展空间大的在线监测系统进行简单介绍。王景阳
莱福士电力电子设备（深圳）有限公司
摘要：真空断路器近年来颇受工矿企业、发电厂和变电站的音睐。作为开关电器中最为重要的一种电器。在电力系统中肩负粉控制和保护设备的双重作用。但其可能发生的各类故障也常威胁到人们生命财产的安全，甚至威胁到整个电力系统的安全运行。因此，掌握对真空断路器机械特性进行在线监测的技术十分重要，本研究就最新研发的界面友好、易于操作、功能齐全、工作稳定、精度较高和扩展空间大的在线监测系统进行简单介绍。
关健词：真空断路器;在线监测;机械特性
引言：国际大电网会议对高压断路器可靠性所做的2次世界范围的调查及我国电力部门对高压开关事故的统计分析均表明，高压断路器的大多数故障(主要故障的70%和次要故障的86%)发生在机械机构。主要涉及操动机构、监视装置和辅助装置等，大多数是由于机械特性不良造成的，如拒分、拒合或不能开断等。其它灭弧、绝缘故障占较小的比例，发热故障比例更低。高压断路器机械故障所造成的事故在次数、事故所造成的停电时间上均占总量60%以上。因此，及时了解高压断路器的机械工作状态对提高供电可靠性有重要的现实意义，并可以减少盲目定期检修带来的资金浪费。
真空断路器作为电力输配电系统中最关键、最广泛的开关电器之一，肩负着控制和保护的双重任务，其机械性能的可靠性关系到电力系统的安全运行。真空断路器的可靠性在很大程度上取决于其机械操动机构状态的可靠性。因而，真空断路器机械特性的在线监测显得尤为重要。
目前，国内外都在致力于检测手段的研究和开发，真空断路器机械特性在线监测技术已经进入一个新的发展阶段，一些新理论、新技术、新的检测手段正在被开发、运用。随着传感器技术、微电子技术和计算机通讯技术的迅速发展，为真空断路器机械特性的在线测量提供了技术基础。本文所述的真空断路器机械特性在线监测装置，能实现对合、分闸线圈电流信号、动触头的行程信号、主回路三相电流信号和辅助开关位置转换等信号的检测，较好地实现了机械特性参数的显示、存储、打印和数据通讯等。
1、机械特性在线监测的意义
国际大电网会议(CIGRE)和国家电力科学研究院对真空断路器的论题都高度重视，前者曾就其可靠性在世界范围内做了两次调查，后者对高压开关事故进行了统计分析。两者均得出这样的结论：机械特性不良是高压真空断路器频频出现机器故障的罪魁祸首，近80%的断路均是由此引起，且大多数故障是操动机构的问题。因此，加强高压断路器机械特性的在线监测，对保证高压断路器的安全运行具有重要的现实意义。
2、真空断路器综合评价
真空断路器是中压输配电网络中最为关键的执行器，断路器的常见故障包括拒分、拒合、绝缘、开断故障，导致故障的原因主要包括3个方面：
(1) 控制系统异常，控制回路断开或脱扣器运动异常，储能系统运行异常；
(2) 机械结构异常，机构失灵、卡涉；
(3) 一次绝缘部件异常，真空度下降，绝缘部件性能降低，导致击穿。
断路器故障对电力系统的稳定运行具有非常重要的影响，如果在需要断路器动作时，断路器不能按照要求正常动作，导致的后果一般是灾难性的，会带来巨大的物质、经济损失。为此，国内外的电力主管部门对断路器系统的在线监测一直比较重视；近年来，由于电子、软件和传感器技术的发展，断路器的在线监测系统也日趋成熟，功能、精度和性能也得到了较大的提升。断路器系统是一个复杂的机电耦合的系统，对其进行全面监测和诊断涉及的技术非常广泛；在低压侧，断路器有储能回路、分合闸脱扣回路，在高压侧有活动连接、真空绝缘结构、环氧绝缘结构；此外，还具有复杂的机械系统，不但瞬时运动速度高，力和力矩大，而且对运动精度要求高。为了全面监测断路器的运行状态，需要通过对多种物理参数的实时测量和在线分析计算，才能准确反映和预测设备的运行状态，才可为断路器的操作、检修提供可靠的、全面的技术依据。综合国内外对断路器系统的研究成果，目前对断路器系统地监测和诊断主要包括如下方面： (1) 控制回路的连续性监测，实时监视控制回路的连接线和控制电源是否正常，在控制回路断开时，可以提前发出报警提示。目前的技术方案主要是在控制回路的适当位置并联一个高阻抗的支路，使一个较小的电流穿过整个控制回路(分闸、合闸和储能)，如果控制回路断开，电流不能形成回路，即可发出报警信息：上述监测电路设计的关键在于选择合适的电流和并联接入点。监测电流的幅值应足够小，不能导致电执行器产生动作。
(2) 控制回路的波形监测，即在断路器每次动作时(分闸、合闸、储能)，记录和分析控制回路的电流和电压信号，分析电信号的波形以判断控制电路及所控制的驱动装置(脱扣线圈或储能电机)是否工作正常；目前发展成熟的技术主要针对直流的控制回路具有显著效果，可以识别出脱扣机构的摩擦力、驱动力，线圈的阻抗、感抗等参数，也可以对比历次动作波形之间的差异并预测以后的动作趋势。针对储能机构，可以识别驱动电机、储能机构、储能弹簧的异常状态。
(3) 机构的运动特性监测，通过配置适当的位移、力和振动传感器等，可以测量出断路器动作过程中的分／合闸速度、开距离、动作时间、行程、振动频谱等参数。如果配置力传感器，还可以测量断路器机构中关键位置的作用力(如合闸状态下的闭合力等)。
(4) 真空度监测，主要通过放电现象、电场梯度变化、离子电流、气压等方式直接或间接地判断真空灭弧室内的真空状态，目前还没有真正成熟、稳定、准确的测量方案。相关技术都在发展过程中。
(5) 绝缘监测，主要监视断路器一次回路绝缘部件的绝缘性能，目前提出的方案包括泄漏电流法、局部放电法，由于断路器绝缘部件结构复杂，相关的监测系统较难实现准确性和实用性的良好结合。
真空断路器结构介绍 1.真空断路器结构的基本要求 1)机械性能稳定，例如合闸弹跳时间，希望在寿命全程中保持同一状态，不要初期无弹跳， 后期则弹跳。 2)足够的机械强度，使断路器本身具有足够的动稳定度。 3)高压区和低压区的分隔，最好是前后布置，有助于保证运行中人员的人身安全。 4)操动机构的检查、调整、维修要有足够空间。方便。 5)配用机构的可选择性，有的型号可配CD和CT两种机构，有的只能配用一种。 6)结构简单、工作可靠、价格低廉。 7)易于实现防误联锁。 所有真空断路器，不论是何种结构，断路器本体中均装设有分闸拉力弹簧。合闸过程中操动机构既要提供驱动开关运动的功，又要同时将分闸弹簧贮能。当需要分闸时，操动机构只需完成脱扣解锁任务，由分闸弹簧释能完成分闸运动。 2.功能部件 真空断路器按其结构的功能可分为六个部分： 1)支架：安装各功能组件的架体。 2)真空灭弧室：实现电路的关合与开断功能的熄弧元件。 3)导电回路：与灭弧室的动端及静端连接构成电流通道。 4)传动机构：把操动机构的运动传输至灭弧室，实现灭弧室的合、分闸操作。 5)绝缘支撑：绝缘支持件将各功能元件，架接起来满足断路器的绝缘要求。 6)操动机构：断路器合、分间的动力驱动装置 3.真空断路器结构简图 下图为我公司生产的ZN28A-12型真空断路器的结构图，图一和图二分别为正面和侧面视图。真空断路器的主要部件及名称说明见标注1-16。
1.开距调整片 16.连接弹簧或电磁操动机构的大轴 图一、ZN28A-12型真空断路器外型图(正面)
2.触头压力弹簧 3.弹簧座 4.接触行程调整螺栓 5.拐臂 6.导向板 7.螺钉 8.导电夹紧固螺栓 9.下支座 10.真空灭弧室 11.真空灭弧室 12.上支座 13.绝缘子固定螺丝 14.绝缘子 15.螺栓 16. 连接弹簧或电磁操动机构的大轴 图二、ZN28A-12型真空断路器外型图(侧面) 4.结构型式 真空断路器的类型，可从不同角度来划分，一般情况下主要从以下两个方面划分： 1)按使用场所划分--可分为户内式和户外式(见图三、图四)，分别用ZN和ZW来表示。 2)按断路器主体与操动机构的相关位置划分--可分为整体式和分体式。整体式真空断路器操动机构与开关本体安装在同一骨架上，体积小、重量轻、安装调整方便、机械性能稳定。分体式真空断路器操动机构与开关本体分别装于开关柜的不同位置上（图一、二为分体式ZN28），断路器的各项机械特性参数必须安装在开关柜上调整试验才有实际意义，这种安装方式主要受我国少油断路器的安装方式的社响，比较适合于少油开关柜的无油化改造，优点是巡视和检修方便，缺点是安装调整稍麻烦，机械特性的稳定性和可靠性稍逊。
实验一高压真空断路器动作特性测试 一、实验目的 1.熟悉12kV真空断路器的技术参数以及认识其内部结构。 2.掌握其储能、合闸、分闸操作过程。 3.利用断路器动特性分析仪测量得到合闸、分闸的相关数据。 二、主要实验设备 (VS1)型户内高压真空断路器4台 断路器动特性分析仪 3.旋转传感器 三、实验方法 VS1(ZN63A)型户内高压真空断路器(以下简称断路器)是用于12KV电力系统中的户内开关设备，作为电网设备、工矿企业动力设备的保护和控制单元。由于真空断路器的特殊优越性，尤其适用于要求额定工作电流的频繁操作或多次开断短路电流的场所。 断路器采用操动机构与断路器本体一体式设计，既可作固定安装单元，也可配置专用推进机构，组成手车单元使用。 1.真空断路器的技术参数和内部结构 主要规格及技术参数见下表。
操动机构为平面布置的弹簧操动机构，具有手动储能和电动储能，操动机构置于灭弧室前的机箱内，机箱被四块中间隔板分成五个装配空间，其间分别装有操动机构的储能部分、传动部分、脱扣部分和缓冲部分，断路器将灭弧室与操动机构前后布置组成统一整体，即采用整体型布置，这种结构设计，可使操作机构的操作性能与灭弧室开合所需性能更为吻合，减少不必要的中间传动环节，降低了能耗和噪声，使断路器的操作性能更为可靠，断路器既可装入手车式开关柜，也可装入固定式开关柜（具体参见图1、图2）。
2.实验步骤与内容 (1)掌握断路器的储能、合闸、分闸操作过程。 1)储能操作：使用摇把插入手动储能孔中逆时针摇动带动链轮传动系统运动，链轮转动时带动储能轴跟随转动，并通过拐臂拉伸合闸弹簧进行储能。到达储能位置时，框架上的限位杆压下滑块使储能轴与链条传动系统脱开，储能保持掣子顶住滚轮保持储能位置，同时储能轴上连板带动储能指示牌翻转显示“已储能”标记，此时断路器处于合闸准备状态。 2)合闸操作：用手按下“合闸”按钮使储能保护轴转动，使掣子松开滚轮，合闸弹簧收缩同时通过拐臂使储能轴和轴上的凸轮转动，凸轮又驱动连杆机构带
12kV中压真空断路器在线监测智能组件简介 ---SmartEx MVG新一代智能型真空断路器 单位：常州阿斯博开关有限公司 [摘要] 本文简要介绍智能断路器的基本概念，介绍了一种新型智能真空断路器 在线监测智能组件的主要功能、技术特点及其实现方式。 [关键词]在线监测 智能断路器 传感器 智能组件 1、引言 随着电力系统越来越高的可靠性及自动化要求，无论是发电、输电、配电还 是用电，都提出了监测、控制、保护等方面的自动化和智能化的要求。断路器作 为电力系统中最重要的控制元件，它的智能化是电器设备智能化的基础。 断路器的智能化通常是通过其附带的在线监测智能组件来实现的，在线监测 智能组件是断路器实现智能化的核心部件。在线监测智能组件实时地从电力系统 中采集某些特定信息，进行数据处理、分析、判断，并据此来诊断断路器当前的 运行状态，从而实现断路器从定期检修到状态检修的转变。断路器的在线监测和 故障诊断技术是集传感、微电子、光电、计算机、通讯、网络和信息等高新技术 与传统的高压开关技术结合的综合性、跨多学科的—项新技术，以完成断路器的 智能在线监测功能，实现断路器的智能化。 智能断路器是断路器与在线监测智能组件的有机结合体，具有测量数字化、 控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化牲的断路器设备，一般来说， 智能断路器除满足常规断路器的原有功能外，其功能主要表现为: 1) 应具有灵敏准确地获取周围大量信息的感知功能; 2) 应具有对获取信息的处理能力; 3) 应具有对处理结果的思维判断能力，对处理结果的再生信息的实施及有 效操作的实施功能。
2、SmartEx MVG智能型真空断路器 2.1 技术来源 源自德国ALSBURG公司，由常州阿斯博开关有限公司引进，并历时两年的研发和试运行，常州阿斯博于2010年5月正式面向市场推出了中压真空断路器新品SmartEx MVG智能型固封式真空断路器，这是一款在技术层面上有显著突破的新一代智能型真空断路器。相对于目前市场上的普通断路器，SmartEx MVG 具有实时在线监测功能，其功能价值首先表现在可以对断路器运行状态是否完好、有无潜在故障实施同步在线监控，确保断路器可靠安全地运行；另外，作为输配电核心元件之一的断路器，具备在线监测的感知功能是未来智能电网的基础要求。 SmartEx MVG智能型式真空断路器SmartEx在线监测智能组件 2.2 研发背景 我国12kV中压真空断路器经过近三十年的不断发展，在产品的型号种类、产品综合品质、制造工艺水平、技术参数和制造装备等方面上都有了长足的进步。从97年至今的十多年里，VS1户内真空断路器一直是12kV电压等级市场上量大面广的产品之一，比照VS1的技术特征来审视目前市场上让人眼花缭乱的各种断路器产品，我们不难发现断路器从技术层面上并无实质上的突破或者飞跃，同时产品同质化现象则非常突出，所谓的各种型号也不过是基于营销所需的差异化诉求；另外在此期间也出现了“固封极柱”、“模块化弹簧机构”、“永磁操动机构”
合、分闸线圈回路，合、分闸线圈电流、电压，断路器动触头行程，断路器触头速度，合闸弹簧状态，断路器动作过程中的机械振动，断路器操作次数统计等。一般为准确判断，可采用专门的高压开关特性测试仪进行动特性的测试，优质的高压开关动特性测试仪应当满足检测数据真实可靠，测试准确度高，便于工作人员操作，抗干扰能力强等优势。 但是再精密的开关测试仪也有会生病的时候，那么高压开关机械特性测试仪在试验现场出现问题时，应该怎么治愈这些病灶呢？ 现场用仪器进行控制合、分闸操作时，开关不动作 1、现场合、分闸控制接线不正确 处理办法：找到现场控制柜的控制接线图，询问相关保护专业人员，分别找出合、分闸线圈和开关辅助接点，参见本说明书中的控制接线图重新接线。 2、现场线圈负载过大或控制回路短路，仪器无法正常驱动，电源发出过载的蜂鸣声警告（四声后电源自动恢复）
处理办法：①、对于电磁机构的开关，由于开关合闸线圈要求的驱动电流很大（高达100A以上），而仪器操作电源的最大带载能力为20A。致使负载过大，仪器无法正常驱动。这时请采用外触发方式，把合闸控制线接在合闸接线圈上，分闸控制线接在分闸线圈上，采集分合闸的电压信号（触发计时），直流或交流电均可。②、检查控制回路，保证回路畅通。 3、检查仪器储能、分闸、合闸是否有直流输出 处理方法：①、储能直流电压检查：请将万用表设置在直流1000V档位，将储能控制线红、黑色线分别接在万用表的红、黑线上。在储能界面进行测试， 时间延长至3秒钟，按储能测试电压输出。如无电压输出，电源故障请返厂维修。 ②、合闸直流电压检查：在仪器处在分闸状态进行检查（不接断口测试线就是分闸状态，测试界面也会同样显示“分”字，如果A1断口显示是“合”字，表示此断口有故障，请切换到A2断口）。将分合闸控制线接在内触发航插上，请将万用表设置在直流1000V档位，将储能控制线红、黑色线分别接在万用表的红、黑线上。首先在设置菜单中将采集时间延长3秒钟，然后在测试菜单中选择电源联动，点击开始测试菜单，电压输出。 ③、分闸直流电压检查：在仪器处在合闸状态下进行检查，将断口线的黄线和黑线夹在一起，再接控制线到内触发，其他的步骤和合闸电压检查一样。 ④、以上三种方法如果没有电压输出，请将仪器返厂检查维修。请不要自行打开仪器仪表，内部有高压输出危险。 ⑤、应对措施：如果没有直流输出，又急着做试验，请采用外触方式进行测量，完成后再返厂维修。 4、开关机构存在保护闭锁（如西门子、ABB开关） 处理办法：①使用仪器提供的内电源操作开关合、分闸试验，必须解除闭锁，请现场技术人员或开关厂家人员根据现场控制柜的控制接线图，协助解除闭锁。 ②用现场操作电源，用“外触发”方式试验。 仪器做单合、单分测试时，开关动作了，显示断口未动作提示 1、断口线未接好： ①、做户内10KV开关时，黄（A）、绿（B）、红（C）接动触头，静触头 三相短接后接黑线。
断路器机械特性及试验 断路器的机械特性也就是物理特性，我们所做的断路器机械特性试验包括分合闸时间、速度、行程，开距，同期，弹跳等。我厂使用的是六氟化硫和真空断路器，本次总结拿真空断路器来说事，真空开关的机械特性对电气性能影响最大的是分闸运动特性（即分闸速度），因为断路器机械特性存在问题的话就会对电气性能造成影响及潜在 的隐患。 真空断路器的结构：
断路器的操动机构： 合闸过程：当手按下机构外壳的合闸按钮或启动合闸线圈Y3合闸过程便开始，于是脱扣机构12释放由预先已储能的盘簧带动主轴10，凸轮11和主轴10一起转动，绝缘连杆6由移动连杆8和凸轮带动，然后在每一相真空断路器的灭弧室2内的动触头16由绝缘连杆6带动向上运动，直至触头接触好为止，同时触头压力弹簧5被压紧，以保证主触头由适当的压力，在合闸过程中分闸弹簧7也同时被压紧。 分闸过程：当手按下机构外壳的分闸按钮或启动分闸线圈Y2分闸过程便开始，于是脱扣机构12释放仍有足够储能的盘簧带动主轴10进一步转动，由凸轮11和移动连杆8去释放分闸弹簧，于是动触头16和绝缘连杆6一起以一定
的速度向下运动，至分闸位置，同时触头压力弹簧5被压紧，以保证主触头由适当的压力，在合闸过程中分闸弹簧7也同时被压紧。 1．三相不同期:指开关三相分（合）闸时间的最大及最小值的差值。 2．弹跳时间：指开关的动静触头在合闸过程中发生的所有接触，分离（即弹跳）的累计时间值（即第一次接触到完全接触的时间）。 3．分闸时间：处于合闸位置的断路器，从分闸脱扣带电时刻到所有各极触头分离时刻的时间间隔。 4．合闸时间：处于分闸位置的断路器，从合闸回路带电时刻到所有极的触头都接触时刻的时间间隔。 5．开距：指开关从分状态开始到动触头与静触头刚接触的这一段距离。 真空断路器的主要作用：是控制和保护作用，根据系统运行的需要将部分或全部的的电气设备或线路投入或退出；当电力系统某一部分发生故障时，它和保护装置（综保）相配合，将该故障部分从系统中迅速切除，减少停电范围，防止事故扩大，保护系统中各类电气设备不受损坏，保证系统无故障部分安全运行。真空断路器处于合闸位置时，其对地绝缘由支持绝缘子承受，一旦真空断路器所连接的线路发生永久接地故障，断路器动作跳闸后，接地故障点又未被清除，则有电母线侧的对地绝缘要由该断路器断口的真空间隙承受（所以要做断口的工频耐压试验）；各种故障开断时，断口一对触子间的真空绝缘间隙要耐受各种恢复电压的作用而不发生击穿。 断路器技术参数的合格范围：我们以ABB的12KV断路器为例来说明
FSK8机械开关特性测试仪 一、产品概述 开关特性测试仪依据中国电力行业标准《高压开关综合测试仪通用技术条件DL/T 846.3—2004》执行制造的新款设备，采用国际最新的贴片元件及微处理器，抗干扰能力强，测试精度高，直接控制开关合/分动作，并快速准确地显示测量结果，还可打印各项测试数据和时间-行程（断口）特性曲线图、时间-电流特性曲线图。 华胜FS-K系列仪器显示windows菜单界面，具有智能化提示，操作简单，可省略说明书操作，具有COM及USB接口，具备超大容量存储空间，仪器自身存储30组测试数据，连接USB可存储280组测试数据。本仪器可用于各种电压等级的真空、SF6、少油、多油、VSI负荷开关的机械特性参数测试。测量数据稳定、接线方便，操作简单，品质卓越，是高压开关机械特性参数测试最方便的工具。 二、性能特点 （1）以GB/T1984-2003《高压交流断路器》国内最新标准依据，以DL/T846.3-2004《高压开关综合测试仪》中华人民共和国电力行业标准为参考设计研发； （2）适且500KV电压等级以内各种高压断路器的机械动特性测试； （3）可实测行程和自定义行程； （4）能够实现开关的单合、分、合分、合分合操作；
（5）接线方便，操作简单，操作时只需一次合（分）动作便可得到合（分）全部数据，自动保存数据，提供后期查询，也可现场打印所有数据及运动曲线图； （6）采用汉字提示以人机对话的方式操作； （7）数据准确，抗干扰性强，体积小，重量轻，美观大方； （8）机内配有时钟电路，可显示当前年、月、日、时、分、秒，即使断电，也能自动保存设置及测试数据； （9）机内带有延时保护功能，断路器动作后能自动切断线圈电压，很好的保护了断路器设备和高压开关测试仪； （10）能自动判别操作类型（合闸或分闸操作）并汉字提示； （11）开关的动作控制分内部控制（本机发出合分闸命令），外部控制（外部控制对线圈通电）和手动合分，手动合分时无线圈带电信号； （12）能动态为您分析出断路器每一运动点的时间、行程、速度之间的关系； （13）可为您配置笔记本电脑及仪器上传软件，实现网上查阅和办公室打印。 三、测试功能 四、产品技术参数 1. 使用环境 输入电源 220V ±10% 50Hz ±10% 大气压力 86～106kpa 温 度 －10～40℃ 湿 度 ≦80%RH 2. 安全性能 绝缘电阻 ＞2M Ω 介电强度 电源对机壳工频1.5KV 耐压1分钟，无闪络与飞弧。 （1）合（分）闸顺序 （11）刚合（分）速度 （2）合（分）闸最大时间 （12）最大速度 （3）三相不同期 （13）平均速度 （4）同相不同期 （14）金短时间 （5）合（分）闸时间 （15）无流时间 （6）弹跳时间 （16）电流波形曲线(动态) （7）弹跳次数 （17）时间行程曲线(动态) （8）行程 （18）速度行程曲线(动态) （9）超程 注：时间单位均为ms （10）弹跳幅度 速度 m/s 距离 mm
开关机械特性测试仪说明书 由于输入输出端子、测试柱等均有可能带电压，在插拔测试线、电源插座时，会产生电火花，小心电击， 避免触电危险，注意人身安全！ 安全要求 请阅读下列安全注意事项，以免人身伤害，为了避免可能发生的危险，只可在规定的范围内使用。 只有合格的技术人员才可执行维修。 —防止火灾或人身伤害 使用适当的电源线。只可使用专用并且符合规格的电源线。 正确地连接和断开。当测试导线与带电端子连接时，请勿随意连接或断开测试导线。 注意所有终端的额定值。为了防止火灾或电击危险，请注意所有额定值和标记。在进行连接之前，请阅读使用说明书，以便进一步了解有关额定值的信息。 使用适当的保险丝。只可使用符合规定类型和额定值的保险丝。避免接触裸露电路和带电金属。有电时，请勿触摸裸露的接点和部位。
请勿在潮湿环境下操作。 请勿在易爆环境中操作。 －安全术语 警告：警告字句指出可能造成人身伤亡的状况或做法。 目录 一、介绍 (5) 二、面板介绍 (7) 三、仪器操作说明 (10) 四、开关接线案例 (14) 五、注意事项 (19)
第一部分：介绍 1.1概述 HTGK-H 高压开关测试仪以单片机为核心进行采样，处理和输出，其主要特点是采用汉字提示以人机对话的方式操作，汉字显示结果并打印输出，具有智能化、功能多、数据准确、抗干扰性强、操作简单、体积小、重量轻、外观美等优点，适用于各种户内、户外少油、多油开关、真空开关、六氟化硫开关的动特性测试。 1.2主要测试项目及功能 1．12个断口的固有分、合闸时间； 2．重合闸时间； 3．分、合闸最大不同期性； 4．刚分、刚合速度； 5．弹跳时间及幅度； 6．开关开距及开关超行程（真空开关预置开关行程）； 7．分、合闸平均速度； 8．显示、打印速度—距离曲线 1.3 主要技术指标 1．时间测量 同时可测量断口数：≤12个 测定过程整定时间：0—6秒 分辨率：0.1ms
真空断路器以其断弧能力强、耐压高、结构简单及无污染的特点在中压系统中大量应用。真空灭弧室是真空断路器的核心部件，其真空度的下降会导致绝缘性能的下降，断路器丧失断弧能力，给电网带来危害，由于真空度下降是一个持续而缓慢的过程，因而在线监测断路器的真空度具有重要的工程实践意义。国内外在这方面做出了不少研究，已提出的监测方法有放电发声法[1]、电光变换法[2]、耦合电容法[3]、旋转式电场探头法[4]等，但这些方法大多仍处于实验室研究和初步应用阶段，尚未大规模应用。当真空度下降到一定程度，灭弧室内部电极与屏蔽罩间发生局部放电，并伴随有放热、发声、电磁辐射等信号产生。本文设计了一种利用非接触式传感器捕捉局部放电产生的电磁波信号在线监测装置。 1检测原理 真空灭弧室内真空度下降，导致真空绝缘水平降低，严 重时将导致换流失败，造成重大损失。图1为帕邢曲线，描述了气体起始放电电压（击穿电压）与间隙距离及真空度的对应关系。由帕邢曲线可以看出，在间隙距离不变的条件下，当灭弧室内压力升高到达拐点，放电电压急剧下降，直到到达帕邢曲线最低点；而后随着压力升高，起始放电电压逐渐回升直到正常绝缘水平。 真空灭弧室根据适用的电压等级不同，构造不同，间隙距离也不相同。对适用于各场合的真空度最大允许值，根据我国部标中的规定，对于3.6～40.5kV 电压等级的真空断路器，真空度允许的最大值约为1.33×10-2Pa 。当真空泄露开始，其持续过程十分缓慢，在到达真空度严重恶化并引发换流失败之前，经历时间从几小时到几个月不等。因此，真空泄露往 图1电压等级和起始放电压力的关系（帕邢曲线） Fig.1Relationship between voltage level and initial discharge pressure 真空断路器真空度在线监测装置 窦春梅1，陈谦1，潘绍松2 （1.河海大学能源与电气学院，江苏南京211100；2.南京南电继保自动化有限公司江苏南京211153）摘要：为满足对真空度断路器实时检测的需求，利用电磁波检测法实现了真空断路器真空度在线监测装置。文章首先分析真空灭弧室局部放电机理，局放电磁波信号特征为装置设计提供初始参考依据。其次介绍了信号调理电路，通讯接口电路等主要硬件设计方案。进行了工程实际验证，装置实现在不改动真空开关主体结构及运行状态的前提下的真空度实时在线监测。 关键词：真空灭弧室；真空度；在线监测；局部放电中图分类号：TM931 文献标识码：A 文章编号：1674－6236（2013）03-0106-03 Online monitoring device on vacuum degree in vacuum breaker DOU Chun -mei 1，CHEN Qian 1，PAN Shao -song 2 （1.College of Energy and Electrical Engineering ，Hohai University ，Nanjing 211100，China ； 2.Nanjing Nandian Relays Automation Co.，Ltd ，Nanjing 211153，China ） Abstract:In order to satisfy with the demand of real-time monitoring of the vacuum interrupter ，online Monitoring device on vacuum degree in vacuum breaker based on electromagnetic wave detection is implemented.First the article analyzes the partial discharge mechanism in the vacuum interrupter.Characteristic of partial discharge electromagnetic signals provides an initial reference for device design.Then ，this article describes hardware design of the signal conditioning circuit and communication interface circuit ，etc..The device is verified in engineering practice and comes to achieve a real -time online monitoring system of the vacuum degree under the premise without changing the main structure and operation state of the vacuum breaker. Key words:vacuum interrupter ；vacuum degree ；on -line monitoring ；partial discharge 收稿日期：2012-10-24 稿件编号：201210157 作者简介：窦春梅（1988—），女，河北唐山人，硕士研究生。研究方向：电力电子在电力系统中的应用。 电子设计工程 Electronic Design Engineering 第21卷 Vol.21 第 3期No.32013年2月Feb.2013 －106－
目次 1 目的 2 适用范围 3 编制依据 4 职责 5 测试应具备的条件 6 测试程序 7 注意事项 8测试检查标准 9 关键点控制 2002-06-15实施版次/修订：A/0
1目的 检查断路器各部件的强度和机械操作是否正确、灵活；运动特性是否满足要求，以判断断路器工作性能的可靠性，减少由于机械故障造成的事故。 2适用范围 本指导书适用于采用GKTJ—Ⅱ、Ⅲ开关机械特性测试仪对各种电压等级的真空、六氟化硫、少油、多油等断路器的机械特性参数进行测量。3编制依据 3.1GB1984—89《交流高压断路器》 3.2GB3309—89《高压开关设备常温下的机械试验》 4职责 在现场进行测试时，电气所工作人员负责断路器的测试接线和测量，委托方提供交流220V的试验电源，必要时分、合闸操作由委托方协助完成。 5测试应具备的条件 5.1被测量的断路器必须处于检修状态，分、合闸操作正常。 5.2对于不同类型的断路器，测量前视断路器的具体情况制做相应的传感器安装架。 5.3仪器、设备、工具 5.3.1GKTJ—Ⅱ、Ⅲ开关机械特性测试仪 2002-06-15实施版次/修订：A/0
5.3.2HFY—Ⅲ高压开关合、分闸操作电源 5.3.3测试用的测试线、接线夹、电源插座 6测试程序 6.1传感器的安装 6.1.1将传感器壳体固定在开关本体上，使其导向孔与开关动触头运动方向保持一致，且同心。 6.1.2将传感器滑标与动触头保持绝缘连接，并保证与动触头做1：1的相对同向运动。 6.1.3将传感器信号线插头可靠插入仪器后面板上的传感器插头座内。 6.2合分闸信号线的连接 6.2.1用导线将断路器操作机构上合闸线圈两端和分闸线圈的两端和仪器的合闸、分闸接线柱相连。 6.2.2若合闸或分闸线圈前级有接触器，则应把接触器线圈接到相应的接线柱上。 6.3连接线的接法 6.3.1单断口四线接法：将A、B、C三相断口的同一端用导线短接，并连到仪器断口信号接线柱的一极，其余三根接在另一极。 6.3.2双断口七线接法：将A相两个静触头线分别接在仪器断口信号接线柱的红色接线柱上，将动触头线连在一起接在相应的黑接线柱上，B、C 两相接法依次类推。 2002-06-15实施版次/修订：A/0
实验一 高压真空断路器动作特性测试 一、 实验目的 1. 熟悉 12kV 真空断路器的技术参数以及认识其内部结构。 2. 掌握其储能、合闸、分闸操作过程。 3. 利用断路器动特性分析仪测量得到合闸、分闸的相关数据。 二、 主要实验设备 1.ZN63A(VS1)型户内高压真空断路器 4 台 2.TLHG-305 断路器动特性分析仪 3. 旋转传感器 三、 实验方法 VS1(ZN63A)型户内高压真空断路器 ( 以下简称断路器 ) 是用于 12KV 电力系统 中的户内开关设备， 作为电网设备、 工矿企业动力设备的保护和控制单元。 由于 真空断路器的特殊优越性， 尤其适用于要求额定工作电流的频繁操作或多次开断 短路电流的场所。 断路器采用操动机构与断路器本体一体式设计， 既可作固定安装单元， 也可 配置专用推进机构，组成手车单元使用。 1. 真空断路器的技术参数和内部结构 主要规格及技术参数见下表。 序号 项目 单位 数值 1 额定电压 12 2 额定短时工频耐受电压（ 1min ） V 42 3 额定雷电冲击耐受电压（峰值） 75 4 额定频率 HZ 50 5 额定电流 A 630 6 额定短路开断电流 20/25 31.5 40 50 7 kA 31.5 40 50 额定短时耐受电流 20/25 8 额定短路持续时间 S 4 9 额定峰值耐受电流 kA50/63 80 100 125
10额定短路关合电流50/6380100125 11二次回路工频耐受电压（ 1min）V2000 12额定单个 / 背对背电容组开断电流A 630/400(40kA 、50kA 为 800/400) 13额定电容器组关合涌流kA12.5( 频率不大于 1000Hz) 14分闸时间（额定电压） ms 15-50 15合闸时间（额定电压）35-70 16机械寿命20000(50kA 为 10000 次) 17额定电流开断次数（电寿命）次20000(50kA 为 10000 次) 18额定短路电流开断次数50(40kA 为 30、50kA 为 20) 19动、静触头允许磨损累计厚度mm3 20额定合闸操作电压 21额定分闸操作电压V AC110/220 DC110/220 22储能电机额定电压 23储能电机额定功率W70(40kA、50kA 为 80) 24储能时间s≤ 10 25触头开距 mm 11± 1 26超行程 3.5 ±0.5 27触头合闸弹跳时间 ms ≤2(40kA、50kA≤3) 28三相分、合闸不间期性≤2 29平均分闸速度（触头分开～ 6mm） m/s 0.9-1.2 30平均合闸速度（ 6mm～触头闭合）0.5-0.8 ≤ 60(630A) ≤50(1250A) 31主导电回路电阻≤ 35(1600-2000A) ≤25(2500A 以上 ) 2400± 200(20kA、25kA) 32触头合闸接触压力N 3100±200(31.5kA) 4250± 250(40kA) 6500± 500(50kA)
浅谈真空断路器机械特性的在线监测方法 发表时间：2018-10-23T15:27:02.987Z 来源：《防护工程》2018年第12期作者：王景阳[导读] 甚至威胁到整个电力系统的安全运行。因此，掌握对真空断路器机械特性进行在线监测的技术十分重要，本研究就最新研发的界面友好、易于操作、功能齐全、工作稳定、精度较高和扩展空间大的在线监测系统进行简单介绍。王景阳 莱福士电力电子设备（深圳）有限公司 摘要：真空断路器近年来颇受工矿企业、发电厂和变电站的音睐。作为开关电器中最为重要的一种电器。在电力系统中肩负粉控制和保护设备的双重作用。但其可能发生的各类故障也常威胁到人们生命财产的安全，甚至威胁到整个电力系统的安全运行。因此，掌握对真空断路器机械特性进行在线监测的技术十分重要，本研究就最新研发的界面友好、易于操作、功能齐全、工作稳定、精度较高和扩展空间大的在线监测系统进行简单介绍。 关健词：真空断路器;在线监测;机械特性 引言：国际大电网会议对高压断路器可靠性所做的2次世界范围的调查及我国电力部门对高压开关事故的统计分析均表明，高压断路器的大多数故障(主要故障的70%和次要故障的86%)发生在机械机构。主要涉及操动机构、监视装置和辅助装置等，大多数是由于机械特性不良造成的，如拒分、拒合或不能开断等。其它灭弧、绝缘故障占较小的比例，发热故障比例更低。高压断路器机械故障所造成的事故在次数、事故所造成的停电时间上均占总量60%以上。因此，及时了解高压断路器的机械工作状态对提高供电可靠性有重要的现实意义，并可以减少盲目定期检修带来的资金浪费。 真空断路器作为电力输配电系统中最关键、最广泛的开关电器之一，肩负着控制和保护的双重任务，其机械性能的可靠性关系到电力系统的安全运行。真空断路器的可靠性在很大程度上取决于其机械操动机构状态的可靠性。因而，真空断路器机械特性的在线监测显得尤为重要。 目前，国内外都在致力于检测手段的研究和开发，真空断路器机械特性在线监测技术已经进入一个新的发展阶段，一些新理论、新技术、新的检测手段正在被开发、运用。随着传感器技术、微电子技术和计算机通讯技术的迅速发展，为真空断路器机械特性的在线测量提供了技术基础。本文所述的真空断路器机械特性在线监测装置，能实现对合、分闸线圈电流信号、动触头的行程信号、主回路三相电流信号和辅助开关位置转换等信号的检测，较好地实现了机械特性参数的显示、存储、打印和数据通讯等。 1、机械特性在线监测的意义 国际大电网会议(CIGRE)和国家电力科学研究院对真空断路器的论题都高度重视，前者曾就其可靠性在世界范围内做了两次调查，后者对高压开关事故进行了统计分析。两者均得出这样的结论：机械特性不良是高压真空断路器频频出现机器故障的罪魁祸首，近80%的断路均是由此引起，且大多数故障是操动机构的问题。因此，加强高压断路器机械特性的在线监测，对保证高压断路器的安全运行具有重要的现实意义。 2、真空断路器综合评价 真空断路器是中压输配电网络中最为关键的执行器，断路器的常见故障包括拒分、拒合、绝缘、开断故障，导致故障的原因主要包括3个方面： (1) 控制系统异常，控制回路断开或脱扣器运动异常，储能系统运行异常； (2) 机械结构异常，机构失灵、卡涉； (3) 一次绝缘部件异常，真空度下降，绝缘部件性能降低，导致击穿。 断路器故障对电力系统的稳定运行具有非常重要的影响，如果在需要断路器动作时，断路器不能按照要求正常动作，导致的后果一般是灾难性的，会带来巨大的物质、经济损失。为此，国内外的电力主管部门对断路器系统的在线监测一直比较重视；近年来，由于电子、软件和传感器技术的发展，断路器的在线监测系统也日趋成熟，功能、精度和性能也得到了较大的提升。断路器系统是一个复杂的机电耦合的系统，对其进行全面监测和诊断涉及的技术非常广泛；在低压侧，断路器有储能回路、分合闸脱扣回路，在高压侧有活动连接、真空绝缘结构、环氧绝缘结构；此外，还具有复杂的机械系统，不但瞬时运动速度高，力和力矩大，而且对运动精度要求高。为了全面监测断路器的运行状态，需要通过对多种物理参数的实时测量和在线分析计算，才能准确反映和预测设备的运行状态，才可为断路器的操作、检修提供可靠的、全面的技术依据。综合国内外对断路器系统的研究成果，目前对断路器系统地监测和诊断主要包括如下方面： (1) 控制回路的连续性监测，实时监视控制回路的连接线和控制电源是否正常，在控制回路断开时，可以提前发出报警提示。目前的技术方案主要是在控制回路的适当位置并联一个高阻抗的支路，使一个较小的电流穿过整个控制回路(分闸、合闸和储能)，如果控制回路断开，电流不能形成回路，即可发出报警信息：上述监测电路设计的关键在于选择合适的电流和并联接入点。监测电流的幅值应足够小，不能导致电执行器产生动作。 (2) 控制回路的波形监测，即在断路器每次动作时(分闸、合闸、储能)，记录和分析控制回路的电流和电压信号，分析电信号的波形以判断控制电路及所控制的驱动装置(脱扣线圈或储能电机)是否工作正常；目前发展成熟的技术主要针对直流的控制回路具有显著效果，可以识别出脱扣机构的摩擦力、驱动力，线圈的阻抗、感抗等参数，也可以对比历次动作波形之间的差异并预测以后的动作趋势。针对储能机构，可以识别驱动电机、储能机构、储能弹簧的异常状态。 (3) 机构的运动特性监测，通过配置适当的位移、力和振动传感器等，可以测量出断路器动作过程中的分／合闸速度、开距离、动作时间、行程、振动频谱等参数。如果配置力传感器，还可以测量断路器机构中关键位置的作用力(如合闸状态下的闭合力等)。 (4) 真空度监测，主要通过放电现象、电场梯度变化、离子电流、气压等方式直接或间接地判断真空灭弧室内的真空状态，目前还没有真正成熟、稳定、准确的测量方案。相关技术都在发展过程中。 (5) 绝缘监测，主要监视断路器一次回路绝缘部件的绝缘性能，目前提出的方案包括泄漏电流法、局部放电法，由于断路器绝缘部件结构复杂，相关的监测系统较难实现准确性和实用性的良好结合。
GKC-F 开关动作特性测试仪 使 用 说 明 书 武汉德威电力测试设备有限公司
目录 一. 概述 (3) 二. 功能与特点 (3) 三. 技术指标 (4) 四. 术语定义 (4) 五. 面板介绍 (5) 六. 断口线的连接 (6) 七. 传感器的安装 (7) 八. 打印机的使用 (7) 九. 测试程序 (9) 十．查看历使数据 (13) 十一. 日常维护 (14) 十二. 产品的成套性 (14) 十三. 售后服务 (14) 十四. 传感器安装图 (15) : 一．概述
随着社会的发展，人们对用电的安全可靠性要求越来越高，高压断路器在电力系统中担 负着控制和保护的双重任务，其性能的优劣直接关系到电力系统的安全运行。机械特性参数 是判断断路器性能的重要参数之一。GKC-F型高压开关机械特性测试仪，是我厂依据最新的 《高压交流断路器》GB1984-2003为设计蓝本，参照中华人民共和国电力行业标准《高电压 测试设备通用技术条件》第3部分，DL/T846.3-2004高压开关综合测试仪为设计依据，为 进行各类断路器动态分析提供了方便，能够准确地测量出各种电压等级的少油、多油、真空、 六氟化硫等高压断路器的机械动特性参数。 二．功能与特点 2.1测试功能 （1）合（分）闸顺序（12）超行程 （2）合（分）闸最大时间（13）过行程 （3）三相不同期（14）刚合（分）速度 （4）同相不同期（15）最大速度 （5）合（分）闸时间（16）平均速度 （6）动作时间（17）金短时间 （7）弹跳时间（18）无流时间 （8）弹跳次数（19）电流波形曲线(动态) （9）弹跳幅度 (20) 时间行程速度动态曲线(ms) （10）行程 (21) 时间速度行程动态曲线(mm) （11）开距 单位均为: 时间ms 速度 m/s 距离 mm 2.2特点 （1）可做电动操作和手动操作; （2）适应500KV电压等级以内各种高压断路器的机械动特性测试； （3）可实测行程和自定义行程； （4）能够实现断路器的单合、单分、合分、重合,重分操作； （5）接线方便，操作简单，操作时只需一次合（分）动作便可得到合（分）全部数据， 可选择保存50组数据，提供后期查询和上传电脑永久保存,也可现场调阅打印所有数据及运 动曲线图； （6）采用汉字提示以人机对话的方式操作； （7）数据准确，抗干扰性强，体积小，重量轻，美观大方； （8）机内配有时钟电路，可显示当前年、月、日、时、分、秒，即使断电，也能自动保 存设置数据及测试数据； （9）机内带有延时保护功能，断路器动作后能自动切断动作电源，很好的保护了断路器 设备和高压开关测试仪； （10）仪器内置直流电源,AC :220V/5A,不存在常规整流电源输出瞬间的电压跌落,用以试 验开关动作电压非常精确. （11）能动态地为您分析出断路器每1ms时间内的、行程、速度之间的关系； （12）可配置上传软件，实现电脑存档和网上查阅, 打印。 三．技术指标 环境组别：属GB6587.1-1986《电子测量仪器环境试验总纲》中的Ш组仪器.
35kV真空断路器机械特性及故障检测方法 一、概述 目前，县级供电公司的主干网基本上是由35kV线路、35kV断路器及相关设备构成，而35kV断路器是做为35kV线路负荷分配和保护的主要设备。同时，35kV断路器也作为110kV/220kV变电站35kV侧及35kV变电站主变高压侧主要保护设备，所以35kV断路器对于县级供电公司电网运行有着举足轻重的作用。所以，对于断路器早期故障的诊断有助于及时排除潜在的隐患，对于提高电网运行的可靠性有着十分重要的意义。 二、断路器机械特性 2.1概述 真空断路器的生产厂家比较多，型号也较繁杂。按使用条件分为户内（ZNx—**）和户外（ZWx—**）两种类型。主要由框架部分，灭弧室部分（真空泡），和操动机构部分组成。 断路器本体部分由导电回路，绝缘系统，密封件和壳体组成。整体结构为三相共箱式。其中导电回路由进出线导电杆，进出线绝缘支座，导电夹，软连接与真空灭弧室连接而成。 一般说来，真空断路器必须满足常规断路器的三大部分，即：导电回路及灭弧室、操动机构及传动系统、绝缘，任何一种断路器都要有这三大部分。 2.2机械特性对产品性能的影响 衡量真空断路器的性能，真空灭弧室本身的性能固然重要，然而机械特性同样具有举足轻重的作用。 下面对各机械特性参数与产品性能的关系分述如下： （1）开距 触头的开距主要取决于真空断路器的额定电压和耐压要求，一般额定电压低时触头开距选得小些。但开距太小会影响分断能力和耐压水平。开距大大，虽然可以提高耐压水平，但会使真空灭弧室的波纹管寿命下降。设计时一般在满足运行的耐压要求下尽量把开距选得小一些。12kv真空断路器的开距通常在8一12mm之间，40.5kv的则在30一40mm之间。 （2）触头接触压力 在无外力作用时，动触头在大气压作用下，对体腔产生一个闭合力使其与静触头闭合，称之为自闭力，其大小取决于波纹管的端口直径（注意自闭力和波纹管的关系）。灭弧室在工作状态时，这个力太小不能保证动静触头间良好的电接触，必须施加一个外加压力。这个外加压力和自闭力之和称为触头的接触压力。这个接触压力有如下几个作用： a、保证动、静触头的良好接触，并使其接触电阻小于规定值。 b、为满足额定短路状态时的动稳定要求，触头压力应大于额定短路状态时的触头间的斥力，以保证在该状态下动静触头完全闭合，不受损坏。 c、抑制合闸弹跳。使触头在闭合碰撞时得以缓冲，把碰撞的动能转为弹簧的势能，抑制触头的弹跳。 d、为分闸提供一个加速力。当接触压力大时动触头得到较大的分闸力，容易拉断合闸熔焊点（冷焊力），提高分闸初始的加速度，减少燃弧时间，提高分断能力。
高压真空断路器动作特性测试实验指 导书
实验一高压真空断路器动作特性测试 一、实验目的 1.熟悉12kV真空断路器的技术参数以及认识其内部结构。 2.掌握其储能、合闸、分闸操作过程。 3.利用断路器动特性分析仪测量得到合闸、分闸的相关数据。 二、主要实验设备 1.ZN63A(VS1)型户内高压真空断路器4台 2.TLHG-305断路器动特性分析仪 3.旋转传感器 三、实验方法 VS1(ZN63A)型户内高压真空断路器(以下简称断路器)是用于12KV电力系统中的户内开关设备，作为电网设备、工矿企业动力设备的保护和控制单元。由于真空断路器的特殊优越性，特别适用于要求额定工作电流的频繁操作或多次开断短路电流的场所。 断路器采用操动机构与断路器本体一体式设计，既可作固定安装单元，也可配置专用推进机构，组成手车单元使用。 1.真空断路器的技术参数和内部结构 主要规格及技术参数见下表。
操动机构为平面布置的弹簧操动机构，具有手动储能和电动储能，操动机构置于灭弧室前的机箱内，机箱被四块中间隔板分成五个装配空间，其间分别装有操动机构的储能部分、传动部分、脱扣部分和缓冲部分，断路器将灭弧室与操动机构前后布置组成统一整体，即采用整体型布置，这种结构设计，可使操作机构的操作性能与灭弧室开合所需性能更为吻合，减少不必要的中间传动环节，降低了能耗和噪声，使断路器的操作性能更为可靠，断路器既可装入手车式开关柜，也可装入固定式开关柜（具体参见图1、图2）。
2.实验步骤与内容 (1)掌握断路器的储能、合闸、分闸操作过程。 1)储能操作：使用摇把插入手动储能孔中逆时针摇动带动链轮传动系统运动，链轮转动时带动储能轴跟随转动，并经过拐臂拉伸合闸弹簧进行储能。到达储能位置时，框架上的限位杆压下滑块使储能轴与链条传动系统脱开，储能保持掣子顶住滚轮保持储能位置，同时储能轴上连板带动储能指示牌翻转显示“已储