本文所涉及的開關主要是高壓斷路器,實驗時以真空斷路器為主。對高壓斷路器狀態監測和故障診斷可以及時發現故障,從而提高其運行可靠性。此外,電力設備由定期維修轉變為狀態維修時,高壓斷路器的狀態監測對開關設備的重要參數進行長期連續的在線監測,不僅可以提供設備現有的運行狀態,而且還能分析各種重要參數的變化趨勢,判斷有無存在故障的先兆,為設備的狀態維修提供依據,從而增大設備的維修保養周期,提高設備的利用率,減少維修保養的費用,因而具有重要經濟意義。

  開關回路電阻是開關本體包括的整個導電回路的有效電阻。開關回路電阻的劣化是開關狀態檢測的目標之一,因此也是高壓開關狀態檢測研究的組成部分。

1.真空滅弧室觸頭電接觸狀態

  真空滅弧室是真空斷路器的關鍵部件,是真空斷路器的“心臟”,它基本上決定了真空斷路器的主要性能,因此真空滅弧室的工作狀態至關重要。圖2.1為真空滅弧室的結構示意圖,它由絕緣部分和導電部分組成。真空滅弧室觸頭的電接觸狀態決定其回路電阻,因此開關回路電阻測量很容易判斷觸頭的燒損情況,根據觸頭的燒損狀態就可以決定斷路器是否需要大修。

  按國家標準及各地電力部門的規定:運行的斷路器每年的例行試驗包括斷路器的動作時間和斷路器本體接觸電阻等,這些試驗對判斷斷路器的運行狀況有一定的作用。斷路器的大修周期一般為開斷額定電流2000次,但這只是推薦數值,究竟斷路器的狀態如何是近年來越來越多的人所關心的問題。

  一般斷路器推薦開斷額定短路電流20次就要大修,有些斷路器制造廠也提供了斷路器大修所達到的安培次數值(開斷電流的安培值乘以開斷次數)。但實際,斷路器在使用過程中很少到額定短路電流的開斷情況。正常情況下都是小于額定工作電流的開斷,并且每次開斷的電流均不相同。根據目前的技術水平單臺斷路器每一次開斷電流都有記錄的代價比較高,所以對絕大多數斷路器來講,要取得其安培次數值是不可能的。近幾年隨著計算機和快速采樣技術的發展,用電阻測量法來判斷觸頭的燒損數值成為經濟和有效的方法。

  觸頭是真空滅弧室內最為重要的元件,目前真空開關的觸頭系統就接觸方式而言都是對接式的。真空滅弧室的開斷能力和電氣壽命主要由觸頭來決定。真空滅弧室開斷能力的提高,在很大程度上取決于觸頭的結構,不同的觸頭結構接觸電阻也不同。真空觸頭具有三種典型的結構形式:平板觸頭、橫磁場觸頭(杯狀、螺旋)、縱磁場觸頭。

1、平板觸頭

  最初的真空滅弧室采用簡單的平板觸頭,如圖.2a2所示。要增大開斷電流,就得增大觸頭截面積。當電流超過10KA時,真空電弧聚集,并停滯在局部地方,隨著電弧溫度的上升,產生嚴重熔焊的斑點,失去了開斷電流的能力。對于新滅弧室,平板觸頭接觸電阻比較小。

2、橫磁場觸頭

  為了防止觸頭局部熔焊,利用電弧沿特殊路徑流過觸頭產生橫磁場而驅動電弧在觸頭表面上運動。這種橫磁場觸頭常見的有兩種:一種為杯狀橫磁場觸頭,如圖2.2b所示;另一種為螺旋橫磁場觸頭,如圖2.2c所示。杯狀觸頭在開斷大電流時,它的電弧電壓比螺旋觸頭的要低,電磨損也要小。在相同觸頭直徑下,杯狀觸頭的開斷能力比螺旋觸頭要大一些,而且電氣壽命也較長。但在另一方面,由于這種觸頭接觸面積較小,接觸電阻較大。

3、縱磁場觸頭

  縱磁場觸頭沿正極性真空弧柱的軸向施加一磁場,使之熄弧更為強烈。有此觸頭的真空滅弧室,其開斷電流在試驗室已高達200kA。縱磁場觸頭有兩種結構形式:一種為用裝在滅弧室外圍的線圈產生縱磁場,如圖.22d所示;另一種為觸頭本身的結構產生縱磁場,如圖2.e2所示,由于一般縱磁結構觸頭直徑都比較大,這種觸頭的接觸電阻最小。由于被測觸頭結構為縱向磁場觸頭時,觸頭上增加了輪狀線圈。故觸頭呈現電感特性,可等效為一個微歐級的小電阻和一個微亨級的小電感串聯。在測量斷路器滅弧室的接觸電阻時,必需考慮觸頭線圈電感的影響。