开关回路电阻测量原理

本文所涉及的开关主要是高压断路器,实验时以真空断路器为主。对高压断路器状态监测和故障诊断可以及时发现故障,从而提高其运行可靠性。此外,电力设备由定期维修转变为状态维修时,高压断路器的状态监测对开关设备的重要参数进行长期连续的在线监测,不仅可以提供设备现有的运行状态,而且还能分析各种重要参数的变化趋势,判断有无存在故障的先兆,为设备的状态维修提供依据,从而增大设备的维修保养周期,提高设备的利用率,减少维修保养的费用,因而具有重要经济意义。

  开关回路电阻是开关本体包括的整个导电回路的有效电阻。开关回路电阻的劣化是开关状态检测的目标之一,因此也是高压开关状态检测研究的组成部分。

1.真空灭弧室触头电接触状态

  真空灭弧室是真空断路器的关键部件,是真空断路器的“心脏”,它基本上决定了真空断路器的主要性能,因此真空灭弧室的工作状态至关重要。图2.1为真空灭弧室的结构示意图,它由绝缘部分和导电部分组成。真空灭弧室触头的电接触状态决定其回路电阻,因此开关回路电阻测量很容易判断触头的烧损情况,根据触头的烧损状态就可以决定断路器是否需要大修。

  按国家标准及各地电力部门的规定:运行的断路器每年的例行试验包括断路器的动作时间和断路器本体接触电阻等,这些试验对判断断路器的运行状况有一定的作用。断路器的大修周期一般为开断额定电流2000次,但这只是推荐数值,究竟断路器的状态如何是近年来越来越多的人所关心的问题。

  一般断路器推荐开断额定短路电流20次就要大修,有些断路器制造厂也提供了断路器大修所达到的安培次数值(开断电流的安培值乘以开断次数)。但实际,断路器在使用过程中很少到额定短路电流的开断情况。正常情况下都是小于额定工作电流的开断,并且每次开断的电流均不相同。根据目前的技术水平单台断路器每一次开断电流都有记录的代价比较高,所以对绝大多数断路器来讲,要取得其安培次数值是不可能的。近几年随着计算机和快速采样技术的发展,用电阻测量法来判断触头的烧损数值成为经济和有效的方法。

  触头是真空灭弧室内最为重要的元件,目前真空开关的触头系统就接触方式而言都是对接式的。真空灭弧室的开断能力和电气寿命主要由触头来决定。真空灭弧室开断能力的提高,在很大程度上取决于触头的结构,不同的触头结构接触电阻也不同。真空触头具有三种典型的结构形式:平板触头、横磁场触头(杯状、螺旋)、纵磁场触头。

1、平板触头

  最初的真空灭弧室采用简单的平板触头,如图.2a2所示。要增大开断电流,就得增大触头截面积。当电流超过10KA时,真空电弧聚集,并停滞在局部地方,随着电弧温度的上升,产生严重熔焊的斑点,失去了开断电流的能力。对于新灭弧室,平板触头接触电阻比较小。

2、横磁场触头

  为了防止触头局部熔焊,利用电弧沿特殊路径流过触头产生横磁场而驱动电弧在触头表面上运动。这种横磁场触头常见的有两种:一种为杯状横磁场触头,如图2.2b所示;另一种为螺旋横磁场触头,如图2.2c所示。杯状触头在开断大电流时,它的电弧电压比螺旋触头的要低,电磨损也要小。在相同触头直径下,杯状触头的开断能力比螺旋触头要大一些,而且电气寿命也较长。但在另一方面,由于这种触头接触面积较小,接触电阻较大。

3、纵磁场触头

  纵磁场触头沿正极性真空弧柱的轴向施加一磁场,使之熄弧更为强烈。有此触头的真空灭弧室,其开断电流在试验室已高达200kA。纵磁场触头有两种结构形式:一种为用装在灭弧室外围的线圈产生纵磁场,如图.22d所示;另一种为触头本身的结构产生纵磁场,如图2.e2所示,由于一般纵磁结构触头直径都比较大,这种触头的接触电阻最小。由于被测触头结构为纵向磁场触头时,触头上增加了轮状线圈。故触头呈现电感特性,可等效为一个微欧级的小电阻和一个微亨级的小电感串联。在测量断路器灭弧室的接触电阻时,必需考虑触头线圈电感的影响。