高压SF6断路器冷态介质恢复特性试验研究

高压SF6断路器冷态介质恢复特性试验研究

李雪曼张祎

（河南平高电气股份有限公司河南省平顶山市467000）

摘要：高压SF6断路器作为高压开关产品，常被运用到电力供应系统当中，其具有的冷态介质恢复特性主要受到灭弧室构造以及分闸速度等方面因素影响，如何以试验形式说明高压SF6断路器冷态介质恢复特性十分关键，也是断路器设计与研发工作所面临的重要任务。本文通过对高压SF6断路器冷态介质恢复特性试验原理与方法加以说明，由此分析其试验测定结果。此研究以探究高压SF6断路器冷态介质恢复特性试验方法为目的，从而提升高压SF6断路器设计的合理性。

关键词：高压SF6；断路器；介质恢复特性

前言:在高压开关产品当中，SF6断路器是其重要的组成部分，被有效应用到高压、超高压及特高压等方面。而高压SF6断路器的发展程度则决定着电力输送设施是否处于较高的标准。长期以来，以试验与经验为主要依据的SF6断路器设计方式显然不够科学，存在一定滞后性，同时过高的研发费用以及较长的研发时间，都使其难以发挥出真正的作用。受到互联网信息技术发展的影响，为了做到与时俱进，需要对高压SF6断路器产品的设计进一步优化和完善，因此，深入探究SF6断路器冷态介质恢复特性试验十分重要。

一、高压SF6断路器冷态介质恢复特性试验分析

（一）试验对象及相关数据

此次以125kVSF6气体断路器作为试验对象，相应的灭弧室构造见下图1。采用双动过程进行断路器的操控，其中的主触头开距是124mm、超程与行程依次是26mm、140mm，而弧触头的开距是140mm、超程与行程分别是60mm、220mm。实施关合处理时，确保静主触头固定，使屏蔽罩与静弧触头采用v1的速度朝右进行运动，而动主触头、动弧触头、大、小喷口以及压气缸则采用v2的速度朝左进行运动。动与静主触头之间的运动速度是v2，动与静弧触头之间的运动速度记录成v1+v2，形成以分闸环节视作合闸环节的逆运动的情况[1]。通过试验测定，描绘出断路器的分、合闸速度的相关特性曲线，将下图2、图3。从中可知断路器初分开时的后10ms以及初闭合时的前10ms范围中的平均速度，其中的弧触头间的分闸与合闸速度分别是9.5m/s、6.5m/s；而主触头间的分闸与合闸速度分别是5.4m/s、3.4m/s。

图1灭弧室构造图

图2断路器的主、弧触头的分闸速度与运动行程的曲线

（二）试验原理与方法

从图4中可知此次试验的整个流程。具体表述如下：将需测试的125kV断路器CB调到分闸的地方。进行试验中的电容器C5与C6充电的时候，主要依靠高压的变压器T以及直流的倍压回路来完成，达到使电容器的电压为380kV的目的。对于直流的倍压回路而言，涵盖了电容器C1-C4以及额定电压450kv的高压硅堆D1-D4。采用单一的断路器分闸与合闸的操控，并确保持续性，不但应测定电容器分压器C6、C7的弧触头位置的击穿电压数值，同时还要测定电阻分压器R1、R2的电容器C5的相应电压数值，进行主触头之间的行程变化曲线的测定的时候，则主要依靠角位移行程传感器来完成[2]。

图3断路器的主、弧触头的合闸速度与运动行程的曲线

图4断路器触头间隙的动态击穿特性电路示意图

图5弧触头位置的击穿电压与行程曲线图

实施分闸操控断路器的时候，当弧触头在断开以后，C6形成开路的状态，并获得C5的充电，使其电压得以飞速增加。对于弧触头之间的介质相应的临界击穿电压数值低于C6电压数值的情况，弧触头间隙则会受到击穿的影响。在触头位置形成了电弧之后，会使C6的两端电压数值降低，鉴于C6自身的电容值与电弧能量均非常小，而弧道的电流值仅为几百毫安，所以燃弧的时间一般低于0.2ms。经历了从充电、击穿，最终到再充电的整个反复环节之后，形成分闸时的动态击穿的情况。在触头开距开始逐渐增加后，相应的触头间的介质击穿电压数值也提高，最终依靠充足的触头间隙，防止受到击穿影响。当合闸处理的时候，相应的触头间隙以及击穿电压均会随之降低。进行试验的过程中，采用对断路器的充气压力以及合闸速度加以改变的方式，实施正、负极性条件下的动态击穿特性试验分析。其中的绝对压力p为0.8MPa、合闸速度vh为6.5m/s，分闸速度vk为9.5m/s，最终实现对断路器动态击穿电压以及行程的曲线准确测定的效果。

二、试验测定结果的分析

图6断路器合闸与分闸时的动态击穿电压曲线图

图5与图6分别表示的是弧触头位置的击穿电压与行程曲线图、断路器合闸与分闸时的动态击穿电压曲线图.在下图6(a)之中显示出从A1至A2属于处于合闸的时候相应间隙的第一次击穿环节，此时的电容器C6之中存在的电荷在刹那间被释放出来，而弧触头位置电压减小为0；对于由A2至B1的环节，则是电容器C6受到C5的充电的流程，并且当电容器C6两端位置的电压数值不断提升的过程当中，相应的断路器的弧触头位置处的电压数值也开始增大，在达到电压数值高于触头位置的介质击穿强度数值的时候，并会形成二次的击穿情况，由此产生了从B1至B2的整个流程。处于该情况下的电容器C6当中存在的电荷被释放出来，电压数值B1则降低为0。如果合闸的时候，相应的弧触头之间的距离逐渐缩短的情况下，以上的击穿环节将会再次出现，而触头位置处的介质击穿的电压数值则会不断下降，直至最终为0。当实施不同开距条件下的击穿电压数值的测定的时候，并会得到相应的动态击穿的特性曲线图。在断路器的触头间隙逐渐加大的情况下，分闸过程也会随之出现变化，产生动态的击穿现象，相应的击穿电压数值会变高，当拥有很大的触头间隙介质的强度数值时，便不会产生击穿的情况。

结论：从此次论文的阐述和分析中可知，深入探究SF6断路器冷态介质恢复特性试验十分必要，具有重要的意义和价值。本文通过对高压SF6断路器冷态介质恢复特性试验原理与方法加以说明：试验对象及相关数据、试验原理与方法，由此分析其试验测定结果。望此次研究的内容和结果，可以得到相关人员的重视，并从中得到一定的启示，提高高压SF6断路器的设计水平。

参考文献:

[1]林莘,王飞鸣,刘卫东,夏亚龙,徐建源,钟建英.高压SF_6断路器冷态介质恢复特性试验研究[J].中国电机工程学报,2016,36（14）:3973-3981.

[2]林莘,王飞鸣,冯凯,隋玉秋,钟建英,徐建源,夏亚龙,庚振新.高压SF_6断路器介质绝缘强度恢复机理研究[J].中国电机工程学报,2017,37（20）:6118-6125.