真空断路器开合电容电流老炼试验

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摘要：本文阐述了真空断路器开合电容电流老炼试验的机理，根据多年开展老炼试验的经验和技术积累，提出了老炼试验的试验方法，试验电流、电压和电容回路的要求以及试验结果判据。

关键词：真空断路器；开合电容；老炼试验

中图分类号：C35 文献标识码： A

引言

从电网运行情况看，因开关重燃故障引发的电容器损坏等事故也时有发生。浙江电网均采用经过老炼试验后的真空断路器，多年来未发生由于真空断路器重燃引起的重大事故。国家电网公司在新的十八项重大反措里明确要求高压大电流的老炼试验，应引起重视。

一、真空灭弧室的老炼机理

所谓老炼，就是通过一定的工艺处理，消除灭弧室内部的毛刺、金属和非金属微粒及各种污秽物，改善触头的表面状况，使真空间隙耐电强度大幅提高；还可改变触头表面的晶格结构，降低冷焊力，增加材料的韧性，使触头材料更不容易产生脱落，大大降低真空灭弧室的重燃率。

真空灭弧室老炼试验包括电流老炼和电压老炼。电流老炼一般是用一百至数百安培的电流，通过真空灭弧室的触头间隙形成均匀的扩散型真空电弧，利用电弧的高温去除电极表面的薄层材料，同时消除电极表面层中的气体、氧化物和杂质，改善触头表面状况。

电压老炼试验是通过施加高电压使真空电极放电，烧去触头表面的毛刺、杂质，提高真空灭弧室的耐压水平，有利于弧后绝缘的迅速恢复。采用实际的电容器回路对真空断路器进行老炼操作，兼有上述2种方法的效应。以数百安培的电流进行电流老炼，同时又以高幅值的恢复电压起到电压老炼的作用，通过老炼初期的击穿放电、合闸时的机械捶击、涌流热效应以及分闸时的电弧烧灼，对触头表面进行处理，能有效提升真空断路器的抗重燃性能。

二、老炼试验的一般方法和要求

真空断路器开合电容电流老炼试验参照GB1984-2003《高压交流断路器》进行，根据试验方式的不同，分三相老炼试验、单相合成老炼试验和单相老炼试验。

1、试验方式

1.1三相老炼试验

采用三相电源回路进行老炼试验与断路器实际运行状况基本一致，因此老炼试验优选采用三相回路，如图1所示，图中：Um为母线对地电压；Uf为试品极间恢复电压；Uc为电容器侧对地电压；Uo为电容器组中性点对地电压；I为回路电流；C为电容器组；TA为电流互感器；FD为放电线圈；SP为试品。

图1典型三相老炼试验接线

1.2单相合成老炼试验

35kV及以上真空断路器一般采用单相合成回路老炼试验，典型接线如图2所示，图中：DL为试验回路断路器；T1为电流回路变压器；T2为电压回路变压器；T3为电压回路调压器；C1，C2为电流回路电容器组；C3，C4为电压回路电容器组；L为调频电抗器；K1为电压回路闸刀；SP1为试品被试相；SP2，SP3为试品非被试相；TA为电流互感器；FYn为母线电压测量分压器；FYf为恢复电压测量分压器；MOA为避雷器；TV为电压互感器。

单相合成回路的特点是用试品的非被试相作为电压隔离开关，实现电压与电流同步；用电容C4、电抗器L组成重击穿放电支路，模拟实际重燃放电，提高老炼效果。采用单相合成回路进行老炼试验，能有效降低投切过电压，减小系统和设备风险。

图2典型单相合成老炼试验接线

1.3单相老炼试验

当不具备三相试验条件时，还可采用单相老炼试验，试验接线如图3所示，图中：Um为母线对地电压；Uf为试品极间恢复电压；Uc为电容器侧对地电压；I为回路电流；SP为试品；C为电容器组；TA为电流互感器；FD为放电线圈。

图3典型单相老炼试验接线

2、试验电流

根据多种大小不同的电流对真空开关进行的老炼和现场跟踪测试，试验电流过小，不足以消除灭弧室内杂质，试验电流太大，则要求系统无功容量也较大，产生的电压波动也大。当老炼试验电流为350～400A时，电弧呈圆锥形，沿电极表面不断移动，电弧弧柱的电流密度约为105～106A/cm2，具有很好的清洗和净化效应，也不会烧蚀电极触头表面。老炼试验电流和时间的推荐值如表1所示。电流持续时间为0.3s较为适宜，2次试验的间隔时间主要考虑断路器的储能、机构动作后的稳定、电弧熄灭后灭弧室内微电物质的稳定等因素，同时要避免间隔时间过长，影响试验效率。

表1老炼试验电流和时间推荐值

3、试验电压

试验电压在试品分闸瞬间测定，其相间电压应不小于系统标称电压，并尽可能靠近试品处。对于三相试验，试验电压用三相试验电压的平均值表示，通过示波器或瞬态记录仪等设备来确定，任何相间的试验电压与平均试验电压的偏差不应超过10%。对于单相老炼试验，于试品处测得的试验电压应不小于1.4倍额定电压/。

4、电容回路

电容器回路包括所有必要的测量装置，如分压器等。其电弧最终熄灭后300ms时断路器断口电压的衰减不超过10%，并提供1000ms的恢复电压。电容器组具有放电回路，关合操作之前，在容性回路上无明显的剩余电荷。三相试验的回路中性点应绝缘。GB1984-2003《高压交流断路器》要求恢复电压时间不少于300ms，但根据试验站开合容性电流试验的经验和数据统计分析，断路器在电弧熄灭300ms后发生重燃的次数约占总次数的15%，实测最大重燃时间为2150ms，故将恢复电压时间延长至1000ms。

5、试验次数

老炼试验的连续无重燃次数及试验总次数限值如表2所示。当三相和单相老炼试验连续30次、合成老炼试验连续60次无重燃后，再次发生重燃的几率已远小于0.1%。如果三相和单相老炼试验总次数超过150次，合成老炼试验总次数超过500次后仍有重燃发生，则通过老炼试验的可能性比较小。

表2连续无重燃次数及试验总次数限值

单相合成老炼试验可通过LC支路模拟重击穿放电，提高老炼效果，但总体上由于对重燃的电流进行了限制，对灭弧室的清洗作用比较小，因此无重燃次数比直接试验要求多30次。

三、老炼试验与型式试验的区别

真空断路器开合电容电流的型式试验和老炼试验均依据国标GB1984-2003《高压交流断路器》相关规定进行，两者区别如下：

1、试验目的不同

型式试验用于考核真空断路器性能，对重击穿和NSDD次数有严格限制。老炼试验的目的是改善真空灭弧室性能，对重燃不进行考核，只进行数据统计。但当老炼试验中频繁出现重击穿或NSDD且没有好转趋势，或试验次数达到规定上限，表明该断路器真空灭弧室制造质量较差，或机械特性及参数调整不当，通过试验已无法对其性能进行改善时，可以终止试验。

2、试验对象不同

型式试验针对断路器某个型号规格的样品进行，试验合格后允许批量生产。老炼试验则面向所有用于并联补偿装置的真空断路器，在投运前必须进行试验。

3、试验方法和要求不同

型式试验时为考验触头材料、工艺及机构配合，需要进行背对背电容器组的涌流关合试验。老炼试验一般在单个电容器组下进行，通常不会出现诸如触头熔焊、无法开断等现象。此外，老炼试验对合闸角度、分闸燃弧时间等也没有明确要求。

结束语

综合上述，重燃主要出现在真空断路器灭弧室工作初期，一般在灭弧后几十至几百毫秒内发生，并随着操作次数的增加而急剧减少，最后稳定在基本无击穿工况。根据大量的实践和试验经验，12kV和40.5kV真空断路器的早期重燃率一般约为1.0%和4.0%，通过老炼试验，能够消除真空断路器的早期重燃，有效降低真空断路器实际运行期间的重燃率。

参考文献

[1]王季梅.真空开关技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2]IEC62271-100：2008高压开关设备和控制设备―第100部分：交流断路器[S].

[3]IEC62271-110：2009Inductiveloadswitching[S].