论真空断路器机械特性和电气性能
作者：重庆市电力公司:刘佳宾，席世友，余小文，张建华，杨滔??来源：赛尔输配电产品应用开关卷总第82期无可置疑真空断路器在本质上是典型的电气产品，但它又是通过复杂的机械传动来实现的，因而机械产品的第二特性在人们印象中更为突出。无怪很多开关企业在招聘人才时总是将“熟练掌握CAD技术”的机械工程师放在第一位。于是在我们行业中普遍存在一个电气产品由机械工程师来开发的非正常现象，他们理所当然的按灭弧室罗列的参数做机械设计。如果一切顺利，相安无事也就罢了，然而偏偏开断型式试验不争气，多年来一直存在12-15%的失败率。责任和原因就很难找，管子厂声称自己严格按照工艺，绝无偷工减料之嫌。整机厂也把责任推得一干二净，行程、超程、分合闸速度等都一点不差。最后往往怀疑到触头材料上，随便安上一个“罪名”，如存有气孔而不了了之。很少有人怀疑到管子厂提供的参数(尤其是分闸运动参数)是否正确。如果不正确，怎样才是正确的。这就是本文要述说的议题。
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，本文就拿它说事。真空开关的分闸运动特性都是以“分闸速度”来表述的。我国第一代真空开关（70年代至80年代初）的分闸速度是以全程的平均速度来定义。第二代（80年代中期至今）改为前半程的平均值，即初始6mm的平均数。这一变动有其积极意义，开始有了初分速度的味道，但问题还没有完全解决。在上世纪九十年代中期少油改真空的过程中有一现象引起人们的注意：那种模仿少油开关结构的分体式真空开关在开断试验中，失败率明显高出其它真空开关许多。什么道理呢分闸速度同样是初始半程±s。当我们分析机构的分闸弹簧力时就发现问题所在。当时10kV的真空开关分闸速度都基本相同，但分闸弹簧力相差甚巨。ZN12为1100N，ZN65为900N，而该分体式为1800N，高出同类开关许多。这说明后者的“等效质量”（折算到动导电杆上其它可动连杆的质量）大大高出前者，尽管6mm的平均速度相等，但起步速度却很慢。这种起步速度完全不利于首开相开断的条件。因此我们认为现在的分闸速度定义不够准确，满足它并不能保证其电气性能。6mm对首开相开断太远，而对后开相开断又太近。因此有必要对真空开关分闸运动进行科学的定义，要做到这一点就有必要对真空电弧，尤其是它的动态特性有初步的了解。
我们在研究真空开关时都或多或少受传统断路器概念的影响，尤其是电弧特性。搞清楚两者区别是相当重要的。真空电弧和大气电弧有两大差别：其一，大气电弧的介质是绝缘体，电离后才成为导体。真空开关的介质是金属蒸汽，不论它是原子状态还是离子状态，它都不是绝缘体。因此，前者开断成功依赖离子的复合;而后者只能靠金属蒸汽的扩散。当金属蒸汽密度在电流过零瞬间衰减到金属粒子碰撞自由行程大于灭弧开距(λ>Ti0)时，断口的绝缘强度就建立起来了。(这就是真空间隙绝缘性能的基本属性)。其二，大气电弧的介质气体分子是客观存在，微观上作无序的热运动(布朗运动)，宏观上是静止的，且均匀分布。而真空电弧介质原先并不存在，它的产生是阴极斑点蒸发金属蒸汽的结果。它一旦生成，在真空状态下形成压力差，便具备了巨大势能并呈锥体形状快速扩散。此时的金属蒸汽密度分布梯度极大，在阴极斑点锥体尖端，金属蒸汽密度大的区域才有可能发生碰撞游离(阴极等离子区)。在电弧大部分区域碰撞游离基本不会发生。我们称它为“扩散型”电弧。它的各种物理属性示意图见图1。
图1a扩散型电弧示意图
图1b扩散型电弧金属蒸汽密度分布图。N为密度，λ为自由程，X为开距。
图1c扩散型电弧伏-安特性
线性的伏安特性赋予了它可以并联存在的特性（对触头的烧损甚微），又由于它大部分空间λ>T，因此电流过零成功开断的必要条件就一定是：在电流过零前电弧一定为扩散型。满足λ>Ti0不等式。
有了对真空电弧的初步了解，断路器分闸运动特性如何设置就可以议论一番了。既然是开断三相交流电，又是过零开断。就必定会有首开相和后开相（中性点不接地系统），见图2。
首开相开断和后开相要求的灭弧环境是各不相同的，我们必须营造不同的环境来满足它们的各自需要。首开相开断即有有利条件也有不利条件。有利的是:电流正处于下降阶段，它开断的实际电流要远远小于额定值(见图2)。不利的是:首开相的恢复电压高倍相电压).再是此刻触头刚刚分离，窄小空间金属蒸汽必定密度大而梯度小，电弧呈高气压，如同大气电弧，对触头烧损严重，此刻任何延误都会使开断失败。要想将金属蒸汽电弧由高气压快速衰减为低气压的最有效措施就是提高初分速度(0～2mm的速度)，扩大金属蒸汽存在的空间(密度与体积成反比)，扩大金属蒸汽向四周扩散的通道。因此，真空断路器的设计务必减小等效质量(ZN65就将触头压簧及其相关部件从分闸运动中剥离出来)，减少分闸弹簧力的传递环节，当然最理想的是学习非真空断路器做到V0>0。
图2
首开相成功开断后就轮到后开相开断了。它的有利条件是：由于中性点不接地，一相电流开断后，其他两相电流成为一个回路，一个断口电弧熄灭，另一断口电流自然也就终止。此刻每个断口的恢复电压为线电压的一半的相电压)，比倍相电压的首开相恢复电压低多了。而且两个真空间隙的绝缘强度远远高于二倍长度间隙的单断口。不利条件是：后开相燃弧时间要比首开相多5ms，触头烧损自然严重一些。还有一不利条件：当首开相燃弧时间为4-6ms 时(发生概率很高)，后开相灭弧将为9-11ms，这样一来后开相灭弧区便进入了分闸到底的机械震动区，灭弧环境极为恶劣。
分析了后开相开断的有利和不利条件后，真空开关的分闸运动特性第二阶段设置就有理论根据了。为了营造后开相灭弧的有利环境，在首开相开断后应将分闸速度大幅度降下来，最理想的是在中途(5-6mm)熄弧。理由有：其一，后开相比首开相多跑5ms，实无快的必要。其二，成功开断的必要条件为λ>Ti0，Ti0短一些不等式更易成立。其三，短开距灭弧在开断小感性电流时可降低截流值。试验证明后开相的截流值为首开相的倍。道理很简单：同样数量的金属蒸汽，小空间要比大空间的密度大，等效在触头材料中加了低熔点金属又不影响开断大电流的能力。其四，灭弧环境力求平静，应在匀速或近似匀速运动中来完成。至此电弧全熄灭了，但整个开断过程还没有结束，动导电杆还在运动，此刻开关设计师对机械运动特性处理不当（目前大都处理不理想），仍将留下开断失败的隐患。
因此，开断的第三阶段分闸速度应更近一步降下来，达到两个目的：（1）减弱机械震动强度。（2）将机械震动区远离后开相灭弧区。这一重要指标往往被人忽视而使开断出现麻烦。
世上所有的断路器都是通过其机械特性来获得电气性能，真空开关自然不能例外。更由于它有别于传统断路器的一些特性:开距小，触头运动回旋余地少，绝缘强度高，对电场极为敏感，高低气压电弧的相互转变，电弧伏安特性的不确定性等，因此它的机械特性设置就更为细腻，更为重要。不夸张的说，真空开关分闸过程每一毫米都有学问。因此要求设计师们必须对真空断路器在开断过程中机械运动，电弧运动，热运动之间微观世界关系有一初步认识，从而尽可能将表面上似乎对立的东西：开断大电流和小电流；开断电感电流和电容电流;高气压电弧和低气压电弧；过零开不断(失败)和没过零就开断(截流)；分闸运动的快和慢;动和静等辩证的统一起来，设计出性能优异自主创新的新一代真空断路器。
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
瑞典保加玛（programma）TM1600/ MA61断路器机械特性测试仪 产品特点： ▲采用模块化结构，TM1600时间测量通道可为4-16个通道 ▲MA61测速通道可为2-6个的组合，来满足不同应用的需要 ▲系统结构精巧，只有10Kg左右，工作电源为交直流两用且自动切换，并且内部带有可自动充电电池▲TM1600每个计时通道都是独立的，可测主触点和带合闸电阻触点的动作时间 ▲内置打印机，可现场打印测试结果 ▲配置各种传感器（可选件）及安装套件以适应各生产厂家不同结构型式的操作机构的应用要求 ▲既可面板操作也可通过PC CABA 软件控制，方便灵活（PC CABA 软件为选购件） ▲中文操作界面，方便使用 ▲建立强大的数据库，对断路器实行电子文档管理（PC CABA 软件为选购件） ▲DRM1000大电流发生器应用于测试Siemens石墨触头断路器的合/分时间 ▲动态电阻测试方法可分析拉弧触点磨损及断路器两端同时接地时进行测试 产品主要功能： ▲断路器主触点/带合闸电阻合、分时间，弹跳，同期 ▲断路器总行程，超程，反弹，合、分平均速度，刚合/刚分速度 控制模式： ▲单合，单分，合分，分合，分合分 应用领域： 应用于测试各种高压变电站现场和工业环境中的断路器（开关）测试， 主要有： ABB：HPL550P LTB145 LTP245 VD4 SIEMENS：3AP 3AQEE 3AQEG 3AT AREVA：GL312 GL314 GL317 及同类型国产断路器 CABAWIN完善便捷的管理软件 ▲备注：有关CABA Win软件功能及应用图示请点击：产品相关文档下载: 右键-->"另存为"下载 软件操作界面 完善的管理 直观的结果
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
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)
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
真空断路器的结构 1.开距调整片16.连接弹簧或电磁操动机构的大轴（正面） （侧面）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
真空断路器的各部分组成 ?（一）基本组成元件及作用 （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 真空断路器的真空灭弧室介绍 ?真空灭弧室 真空灭弧室是真空断路器中最重要的部件。真空灭弧室的外壳是由绝缘筒、两端的金属盖板和波纹管所组成的密封容器。灭弧室内有一对触头，静触头焊接在静导电杆上，动触头焊接在动导电杆上，动导电杆在中部与波纹管的一个断口焊在一起，波纹管的另一端口与动端盖的中孔焊接，动导电杆从中孔穿出外壳。由于波纹管可以在轴向上自由伸缩，故这种结构即能实现在灭弧室外带动动触头作分合运动，又能保证真空外壳的密封性。
1－动触杆2－波纹管3－外壳4－动触头5－屏蔽罩6－静触头 （1）外壳：整个外壳通常由绝缘材料和金属组成。对外壳的要求首先是气密封要好； 其次是要有一定的机械强度；再是有良好的绝缘性能。 （2）波纹管：波纹管既要保证灭弧室完全密封，又要在灭弧室外部操动时使触头作分合运动，允许伸缩量决定了灭弧室所能获得的触头最大开距 （3）屏蔽罩：触头周围的屏蔽罩主要是用来吸附燃弧时触头上蒸发的金属蒸气，防止绝缘外壳因金属蒸气的污染而引起绝缘强度降低和绝缘破坏，同时，也有利于熄弧后弧隙介质强度的迅速恢复。在波纹管外面用屏蔽罩，可使波纹管免遭金属蒸气的烧损。 （4）导电系统：定导电杆、定跑弧面、定触头、动触头、动跑弧面、动导电杆构成了灭弧室的导电系统。其中定导电杆、定跑弧面、定触头合称定电极，动触头、动跑弧面、动导电杆合称动电极，由真空灭弧室组装成的真空断路器合闸时，操动机构通过动导电杆的运动，使两触头闭合，完成了电路的接通。 （5）触头：触头结构对灭孤室的开断能力有很大影响。采用不同结构触头产生的灭弧效果有所不同的，早期采用简单的圆柱形触头，结构虽简单，但开断能力不能满足断路器的要求，仅能开断10kA以下电流。目前，常采用的有螺旋糟型结构触头、带斜槽杯状结构触头和纵磁场杯状结构触头三种，其中以采用纵磁场杯状结构触头为主。 真空断路器的原理 真空灭弧室是用密封在真空中的一对触头来实现电力电路的接通与分断功能的一种电真空器件，是利用高真空作绝缘介质。当其断开一定数值的电流时，动、定触头在分离的瞬间，电流收缩到触头刚分离的某一点或某几点上，表现电极间电阻剧烈增大和温度迅
BC6880高压开关机械特性测试仪 使 用 说 明 书 宝应佳特高压电器设备厂
BC6880高压开关机械特性测试仪使用说明书 一、概述 高压开关机械特性测试仪，是我公司针对各种高压开关研制的一种通用型电脑智能化测试仪器。该仪器应用光电脉冲技术，单片计算机技术及可靠的抗电磁辐射技术，配以精确可靠的速度/距离传感器，可用于各种电压等级的真空、六氟化硫、少油、多油等高压开关的机械性参数的调试与测量。 该仪器接线方便、操作简单、操作时只需一次合（分）动作便可得到合（分）闸全部数据。并能打印所需的全部数据，断口电流波形和动触头运动曲线，便于分析保存。 二、功能与特点 2.1测试功能 1）三相不同期ms 2）同相不同期同时测三相双断口ms 3）动触头行程测六个断口mm 4）动触头超行程测六个断口mm 5）合（分）闸时间同时测一至六个断口ms 6）合（分）闸弹跳时间同时测一至六个断口ms 7）刚合（刚分）闸速度测一个断口（传感器安装断口）m/s 8）合（分）闸最大速度测一个断口（传感器安装断口）m/s 9）合（分）闸平均速度测一个断口（传感器安装断口）m/s 2.2 特点 1) 采用了最先进的传感器，精确、可靠、安装方便、适应面广。 2）对开关操动电压适应范围大，DC60V—220V均可操作。 3）能自动判别并显示开关操作中的错误指令和不成功操作。 4）测试方法灵活，无论是合闸操作、分闸操作，一次操作就能获得所需测量数据。 5）测量数据可窗口显示，也可以打印机输出，打印机还能提供六个断口的电流波形图和一个断口动触头的时间——行程的波形图。 6）测试仪体积小、重量轻、便于携带。 7）抗干扰能力强，能在较强的电磁场中正常工作，适合变电站现场测试。 8）仪器自带220V/5A直流操作电源，可现场操动各种开关。并具有延时（一秒钟）断电功能。 9）仪器严格按行业规范DL/T846.3—2004《高压开关综合测试仪》中的定义要求进行数据采集和处理。
真空断路器结构简图-民熔 真空断路器，系三相交流50Hz额定电压为12KV的电力系统的户内开关设备，民熔真空断路器作为电网设备、工矿企业动力设备的保护和控制单元。适用于要求在额定工作电流下的频繁操作，或多交开断短路电流的场所。 1.真空断路器结构简图 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。
图一 1.开距调整片16.连接弹簧或电磁操动机构的大轴图一、真空断路器外型图(正面)
图二
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、真空断路器外型图(侧面) 2.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)结构简单、工作可靠、价格低廉。 6)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。
3.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
开关机械特性测试仪技术规范 开关机械特性测试仪技术规 范 1．总则: 计、结构、性能、安装和试验等方面的技术要求。 1.2 本规范书提出的是最低限度的技术要求。凡本规范中未规定，但在相关设备的行业 标准、国家标 准或 IEC 标准中有规定的规范条文，投标方应按相应标准的条文进行设备 设计、制造、试验和安装。对国家有关安全、环保等强制性标准，必须满足其要求。 1.3 如果投标方没有以书面形式对本招标技术文件的条文提出异议， 提供的设备完全符合本招标技术文件的要求。如有异议，不管是多么微小，都应在报价 书中以“对招标技术文件的意见和同招标技术文件的差异”为标题的专门章节中加以详 细描述。 1.4 本规范所使用的标准如遇与投标方所执行的标准不一致时， 1.5 本招标技术文件经招标、投标双方确认后作为订货合同的技术附件，与合同正文具 有同等的法 律效力。若本标书涉及有关商务方面内容，如与招标文件的商务部分不一致 时，以商务部分为准。 1.6 本招标技术文件未尽事宜，由招标、投标双方协商确定。 3. 使用条件 1.1 本规范书适用于开关机械特性测试仪， 它提出了该设备本体及附属设备的功能设 则意味着投标方 按较高标准执行。 引用标准 以下所指均为该标准的最新版本) IEC 1000-4-4 L3 IEC 1000-4-4 抗电磁辐射干扰 (27-1000MHz) 抗脉冲串干扰 IEC 标准 IEC 1000-4-5 抗脉冲干扰 IEC 1000-4-2 L 抗静电放电干扰 DL/T846.3-2004 高电压测试设备通用技术条件 第 3 部分：高压开关综合测试仪 GB 190 危险货物包装标志》 GB/T 6388-86 运输包装收发货标志》 3.1 海拔高度：＜ 1000m 3.2 环境温度适用范围 -20 — +50oC
真空断路器合闸弹跳的危害及对策 《35kV户内高压真空断路器通用技术条件》(ZBK97004—89)将合闸弹跳定义为断路器在合闸时触头刚接触直至触头稳定接触瞬间为止的时间。所有直读数据的开关特性测试仪都是按照这个定义来设计制造的。影响灭弧室电寿命的是电弧，而电弧只有在动静触头不接触时才会产生，在动静触头接触时不会产生。大量实践及理论分析均表明，真正对真空开关的电寿命有影响的因素是：合闸过程中，触头刚接触直至触头稳定接触瞬间为止，这期间的触头断开时间。供电部门在工程安装时，一般都按《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》(GB50150—91)对设备进行验收，GB50150—91第11.0.7条规定：真空断路器合闸过程中，触头接触后弹跳时间不应大于2ms，这也与实际工作有差异。真空断路器分合电路的工作是由真空灭弧室来完成的，开关的参数必须满足灭弧室的性能要求，如灭弧室要求合闸速度为0.4～1.0m/s，开关的速度能够在0.3～0.7m/s之间，那么配该型号灭弧室的真空断路器其合闸速度必须调整在0.4～0.7m/s之间，同样，如果真空灭弧室合闸弹跳要求不大于5ms，那么配该型号灭弧室的断路器其合闸弹跳的允许范围也是不大于5ms。是不是应将合闸弹跳一律定为不大于2ms是值得探讨的。技术不断地在更新，在发展，标准也应不断地完善，新型触头材料抗熔焊性能极好，在发生熔焊时，熔焊点呈脆性，熔焊层机械强度小，破坏熔焊所需的力小于真空断路器的分闸力。目前许多国外同类产品如日本东芝公司10kV断路器只要求弹跳小于10ms，新型触头材料的应用为合闸弹跳时间突破2ms创造了条件。目前许多真空灭弧室规定的合闸弹跳时间都大于2ms，仅要求小于3ms，甚至5ms。 合闸弹跳是真空断路器机械特性的一种重要参数，由于合闸弹跳过程中，触头断开距离小，电弧不会熄灭，导致触头电磨损加重，从而影响灭弧室的电寿命，但由于其存在时间较短，远小于合闸过程中电弧燃烧时间，所以一般认为，在一定范围内的弹跳最主要的危害在于加速了灭弧室触头的磨损，从而导致灭弧室电寿命的缩短。在弹跳过程中，电流电弧没有熄灭，不会产生操作过电压，通过型式试验的情况看，断路器在经过老炼后，或者在进行开断试验后，弹跳会有明显的改善。大量的运行实践也表明，真空断路器在经过一段时间运行之后，由于切合负荷电流，其灭弧室触头表面金属结构有了细微变化， 其合闸弹跳时间显著减小，甚至消失，真空度、工频耐压水平也有所提高。 弹跳对真空灭弧室电寿命的危害到底有多大?曾有1台ZN23-35真空断路器，是1台电容器开关，运行时间约1年，切合电容器524次，因外绝缘被破坏而报废。在分析故障原因时我们打开了灭弧室，发现灭弧室动静触头均光洁如新，只在动触头接触面外围有一约3mm2的熔融点，分析结果认为可能是真空断路器在开断故障电流时所留。查阅此台断路器档案，投运前断路器该相弹跳为3ms，弹跳波形为振荡式，测量该波形，得到断路器在合闸弹跳过程中动静触头分开时间为1.5ms。由于真空断路器与油断路器不同，在合闸状态没有插入行程，而是2个平面依靠一定的压力结合在一起，所以合闸过程中，由于动静触头的非弹性碰撞引起弹跳。弹跳值大小与诸多因素有关，如触头弹簧的弹
真空断路器机械特性分析论文 1．分、合闸速度 真空断路器对分闸速度是有一定要求的，因为它影响燃弧时间和弧后介质强度的恢复速度。不同型号的真空断路器速度特性曲线形状有差别，但变化大致相同，而且其曲线是唯一的。由于加工质量和装配中的差异，同种真空断路器合闸前段和分闸后段会有不同，但合闸后段和分闸前段应当差异很小。凸轮被空转储能簧拉动直至与滚子接触前的一段，这一段是空转。理论上如无空转则真空灭弧室运动端速度从零开始（实际中为保证机构出力特性都有空转角度）。按照动量守恒定律，空转角度变大初速度提高。如CT19空转角度在8.396°-17.135°之间。尽管对初速度影响不大，但对全行程所用时间影响却不小。因为走过前1—2mm 空程所用时间占全行程时间的30%-40%。 对于分闸后段的速度差异则视缓冲特性而定。其中分闸弹簧在全部分闸过程中都起作用，不仅影响断路器的刚分速度，而且还影响最大分闸速度分闸弹簧的力越大，释放能量越多，则刚分速度和最大速度越大。触头弹簧只在超行程阶段起作用，因此对刚分速度有直接影响。而且，触头本身的弹性及静触头系统的支撑部分的刚性也对分闸速度尤其是刚分速度有很大影响。通常，具体速度的大小是通过试验进行测定的。 2．合闸弹跳 目前，真空断路器均采用对接式触头，且合闸速度较高，触头在合闸时就可能产生弹跳。由于弹跳不但会使触头熔焊，产生过电压，而且还会使波纹管受强迫振动而出现裂纹，导致灭弧室漏气，所以合闸弹跳越小越好。 （1）合闸弹跳定义断路器在合闸时触头刚接触直至触头稳定接触瞬间为止的时间。所有直读数据的开关特性测试仪都是按照这个定义来设计制造的。影响灭弧室电寿命的是电弧，而电弧只有在动静触头不接触时才会产生，在动静触头接触时不会产生。大量实践及理论分析均表明，真正对真空的电寿命有影响的因素是：合闸过程中，触头刚接触直至触头稳定接触瞬间为止，这期间的触头断开时间。 （2）合闸弹跳的危害合闸弹跳是真空断路器机械特性的一种重要参数，在
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。