摘要： 针对配有永磁操动机构的真空断路器性能特点，介绍了性能测试的基本方法，即将激磁线圈的电压电流信号与触头信号结合起来的测试方法。并运用此方法对35 kV配永磁操动机构真空断路器的触动时间、激磁电流和电压的大小、动触头弹跳时间的长短等进行了测试，验证了方法的可行性与实用性，为断路器的性能测试提供了有益参考。
关键词： 真空断路器；永磁操动机构；性能测试 本文针对配永磁操动机构真空断路器的开断特点，提出其机械特性测试的基本方法，并对35 kV户内真空断路器和永磁操动机构性能进行了测试。
1 性能测试基本原理
断路器机械特性各参量的基本含义可用其测试示意图（见图1）清楚地表示出来。A、B、C三相触头信号表示测试断路器的三相同期性；行程S表示断路器动触头从分闸位置刚动点到稳定合闸位置之间的距离（或从刚分点到稳定分闸位置的距离）；超行程是指动触头从刚合点到稳定合闸点之间的距离；开距是指动触头从分闸位置的刚动点到刚合点之间的距离；时间t1是永磁操动机构的触动时间(即激磁线圈接到合、分闸指令到断路器动触头刚动的这段时间)；t2-t1是断路器的运动时间；t3-t2是断路器动触头的弹跳时间（即动触头从刚合到稳定合闸的时间）。触头行程信号与激磁线圈的电流信号、电压信号的结合点t1所对应的电压值和电流值为永磁操动机构的触动电压与触动电流。
图1 断路器机械特性参量测试示意图
2 35 kV配有永磁操动机构的户内真空断路器性能测试
图2是用来测试35 kV户内真空断路器永磁操动机构激磁线圈的各参量电路图。其中，R、L是合、分闸线圈在激磁过程中的等效电阻与电感，大小取决于所设计的合、分闸线圈本身；R1、R2所组成的串联电路用以测试激磁线圈两端的电压随时间的变化，R1、R2的大小根据实际情况在本次试验中分别取值为200 kΩ和5 kΩ，记忆示波器的信号取值于5 kΩ电阻两端;R3、R4所组成的电路用以测试激磁线圈的电流随时间的变化（分流器的原理），该实验所使用的分流器为30 A/75 mV。在试验中记忆示波器所记录的都是电压随时间的变化曲线，然后通过换算关系变成行程与时间的关系、线圈电流和线圈电压与时间的变化关系。触头信号的测试有3种用途：①判断断路器在永磁操动机构作用下的各相同期性；②结合激磁线圈的电流与电压信号用以测试断路器的合、分闸时间；③结合动触头的合、分闸行程信号来计算合、分闸的运动时间。本文没有给出触头信号的测试电路图。图3为激磁线圈中电流随时间变化关系示意图。
图2 激磁线圈的等效电路与测试原理图
图3 激磁线圈中电流与时间的关系
触头信号与电流信号相交点的横坐标是断路器的合闸时间，它是指断路器从接到合闸指令到动触头刚合位置的时间，它包括触动时间与运动时间。不同型号、不同电压等级的断路器对触动时间与运动时间的要求是不同的，因此，有效、准确的测试为永磁操动机构的设计提供了有益的参考。在规定操作电压的条件下，触动时间太长，说明永磁体所提供的静态保持力过大，将会影响断路器的合、分闸速度的大小，也关系到断路器是否能稳定地实现合、分闸；触动时间太短，说明永磁体提供的静态保持力太小（也可能是激磁线圈产生的磁场力过大），断路器的分、合闸速度会相应地增大，从而它的机械撞击力也大，这对断路器的使用寿命有很大的影响。触动电流的最小化将是设计永磁操动机构所要求的目标之一，因为触动电流太大所消耗的操作功率大，激磁线圈的涡流影响更大，同时，发热多加速线圈的老化，不利于永磁操动机构的长期使用，因此，操作电流的降低是理论研究的重要课题。
合、分闸行程与时间的变化关系是采用自行设计的测试电路进行测试的，在断路器的动触头端固定上滑动变阻器的滑动端，测试电路用干电池作为电源，记忆示波器的信号源为滑动变阻器的滑动端，把滑动变阻器两端的电压信号用记忆示波器记录下来。而触头开距的测量方法是：分别测量动导电杆的底端在分、合闸位置时相对于统一基准点底端距离，二者之差则为触头开距。由于电阻与电压是线性变化关系，可以把记录的图像转化为行程S与时间t的关系，实验结果如图4所示。
图4 行程与时间的关系
把图3与图4结合起来可以算出35 kV户内真空断路器永磁操动机构的合、分闸触动时间。合闸触动时间为th=57-22=37(ms)，分闸触动时间为tf=66-18=48(ms)；它们所对应的合、分闸电流为Ih=143 A,If=96 A。
合、分闸电压的测量是结合触头信号与激磁线圈电压信号进行的，从激磁线圈电压信号的零点到行程信号的零点之间的时间段为合、分闸时间，这一点所对应的纵坐标值为合、分闸电压值。本文对35 kV配永磁操动机构的户内真空断路器进行了测量，图5给出了激磁线圈合、分闸线圈电压与时间的关系。
图5 激磁线圈电压与时间的关系
测试结果为Uh=164 V,Uf=172.2 V（电容组电压为187 V）。合、分闸的触动时间可以用合、分闸时间减去其合、分闸运动时间求得，即th=15 ms,tf=30 ms。
3 结论
（1） 把激磁线圈的电压信号和电流信号与触头信号结合起来测试，可以清楚地了解永磁操动机构的触动时间及相应的激磁电流和激磁电压的大小，为永磁操动机构的设计与试验提供参考。
（2） 触头信号与触头行程信号的结合可以准确地看出动触头弹跳时间的长短。
（3) 永磁操动机构可以成功实现真空断路器各项性能指标的要求，是一种新型的、高可靠性的操动机构。
4 参考文献
［1］ 宋建新，刘风丽.真空断路器机械特性参数测量及验证.沈阳工业大学学报，2002，33（5）：380～382.
［2］ 姜生，李世民，王继元.真空断路器机械特性的探讨.高压电器，2002，8(4)：61～64.
［3］ Li Y, Xu J Y,Lin X,et al. Design and analysis of permanent magnetic actuator for vacuum circuit breaker.Proc of ICEMS’2004, Jeju Island, Korea, 2004.
［4］ 李建基.中压真空断路器的发展.江苏电器，2002，(5)：1～6.
［5］ 林莘.永磁机构与真空断路器.北京：机械工业出版社，2002.
|
网友评论：（只显示最新10条。评论内容只代表网友观点，与本站立场无关！）
