空载关合弹跳特性实验分析与优化

为了得到在126kV真空断路器中预击穿阶段内平均合闸速度与弹开间的函数关系，对126kV真空断路器样机进行空载关合试验。通过该实验记录合闸过程中的合闸运动曲线与弹开时间。由上节得知，126kV真空灭弧室的预击穿开距为4.0mm，因此需要优化的合闸速度为触头在合闸碰撞前4.0mm开距内的平均速度v_P。

在真空断路器合闸过程中，关于触头的弹跳时间如何定义目前有两种不同的方法。一种是触头的弹跳时间，即合闸过程中，从动静触头接触开始，到触头完全闭合不运动为止，这一段时间称为触头的弹跳时间。另一种是触头的弹开时间，即在触头合闸弹跳的过程中触头处于弹开状态的时间的总和。由于触头合闸碰撞的弹开时间与触头间的电弧能量直接相关，且对触头熔焊性能的影响更大，因此，将主要研究触头合闸弹跳过程中的弹开时间。

图6-4所示为测量126kV真空断路器合闸位移曲线以及合闸弹跳的示意图。断路器为所研发的126kV/2500A/40kA单断口真空断路器，三个真空灭弧室并列安装。操动机构采用CT20弹簧操动机构。在合闸过程中，通过合闸弹簧驱动真空灭弧室中触头合闸到位。分、合闸弹簧的预压力可调，分闸弹簧的预压力为12000～20000N可调，合闸弹簧的预压力为27000～38000N可调，触头弹簧的预压力为5500N。动触头的合闸速度可以通过调节分合闸弹簧的预压力实现调节，在合前20mm开距内的平均合闸速度的调节范围为0.7～2.0m/s。

图6-4 126kV真空断路器合闸过程弹跳特性实验示意图

在试验中，采用高速摄影仪（PhantomV10）记录其中一相的触头弹簧在关合过程中的运动情况。由于触头弹簧的上端与动触头相连，底端与绝缘拉杆相连。因此，通过对触头弹簧上下两端位移的记录，高速摄影仪既可以记录动触头在合闸过程中的位移，又可以记录机构在合闸时的行程。图6-5126kV真空断路器所处的三个典型状态，其中包括分闸状态、触头刚合状态以及最终合闸状态。图6-6所示为通过高速摄影仪记录的合闸过程图片与每张图片间隔时间所画出的真空断路器在一次合闸过程中的行程曲线。其中的虚线为弹簧操动机构CT20的合闸位移曲线，实线为动触头的合闸位移曲线。从图中可以清楚地看出，在触头碰撞前，机构和触头具有相同的合闸速度。

图6-5 高速摄影仪拍摄断路器触头弹簧运动特性

图6-6 典型的合闸位移曲线

图6-7所示为126kV真空断路器在一次关合12V直流电源时的典型的电气连续性的示意图。由图中的例子可以读出此次关合过程中，断路器各相在合闸弹跳过程中的弹开时间。如图中所示在触头碰撞后，A相有2个1ms和1个2ms的弹开时间，燃弧时间总共为4ms；B相有1个1ms和1个1.7ms的弹开时间，燃弧时间总共为2.7ms；C相有2个1ms的弹开时间，燃弧时间总共为2ms。其他试验结果均用此方法读出记录。(www.xing528.com)

图6-7 126kV真空断路器一次弹跳试验结果典型图

按照上述试验数据读取方法，对126kV真空断路器进行多次合闸操作，最终可以得到若干组预击穿阶段平均合闸速度和弹开时间的对应数据。以各组的合闸速度作为横坐标，弹开时间做纵坐标，可以得到图6-8。

图6-8 126kV真空断路器预击穿阶段合闸速度与各相触头弹开时间关系图

实验结果表明，各相触头弹开时间分布具有一定离散性，但总的趋势是随着合闸速度的增大，最大弹开时间也会增大。图中的曲线为触头弹开时间最大值与平均合闸速度的拟合函数关系。

T_B=5.97-4.99/（1+e^{（vP-1.47）/0.14}） （6-6）

式中 T_B——真空断路器三相弹开时间中最大的弹开时间（ms）；

v_P——动触头在预击穿开距内的平均速度（m/s）。