真空断路器同步关合合闸速度优化

同步关合技术是电器开关领域的一项前沿课题。所谓的同步关合技术是指断路器动、静触头在控制系统的控制下，在系统电压波形的指定相位角处关合。采用同步关合可以有效地减小在关合空载变压器、电容器组以及空载长线时产生的涌流幅值和限制过电压，从而提高电力设备的寿命和系统的稳定性。

同步关合速度的选择是与断路器的预击穿特性有关的，如图6-11所示。由于在关合时，断口间隙上承受的是断口两侧的电压差，在系统交流电压下，断口间隙击穿特性不会受电压极性的影响，因此可以用系统电压的绝对值来考虑击穿特性。同时，断口耐受电压与合闸位移成正比，较低的合闸速度会使断口耐受电压对时间的特性曲线的斜率较低，如图中的V₁所示，断口会在预定的合闸点前发生预击穿导通，还是会产生较大的瞬态电压，同步关合失去了意义。只有当合闸速度足够高时，如V₃，才可能实现同步关合，在电流过零时关合触头就不产生预击穿。如果在电压过零点时触头的耐受电压的变化率等于系统电源电压的变化率时，此时的速度V₂即为能够实现同步关合的临界速度。

图6-11 选相合闸速度与预击穿特性的关系

在126kV系统中，电源的电压为

U=U_msinωt （6-8）

电压过零点时电压的变化率为

触头间耐受电压变化率可以表示为

将式（6-8）带入式（6-10）得触头间耐受电压变化率为

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式中 U——系统电压的瞬时值（kV）；

U_m——系统电压的峰值（kV）；

ω——系统电压的角频率；

S——触头之间的距离（mm）；

v——断路器触头的关合速度（m/s）。

游一民等人提出，实现断路器同步关合的合闸速度应当满足触头间耐受电压的变化率至少大于系统电源电压在过零点时变化率的10%。对于126kV三相接地系统，应有以下关系成立：

即v＞1.69m/s。

对于126kV三相接地系统，当触头在关合瞬间的合闸速度大于1.69m/s时，触头间耐受电压的变化率大于系统电源电压在过零点时的变化率的10%，可以认为v=1.69m/s是它的能够实现同步关合操作的临界速度。

但是假设在关合前4mm内，动触头以1.69m/s匀速运动，从式（6-7）可得，此时发生的最大的弹开时间为5.1ms，即如果实现同步关合，预击穿时间为0ms，仍然还有大于5ms的弹跳引起的燃弧时间，并且随着速度的增大，弹开时间还会继续增大。因此，在实现126kV真空断路器同步关合时，还应当考虑触头弹跳与操作功的影响，应适当地使用合闸缓冲或加大触头弹簧力来减小在高速撞击下的触头弹跳。