断路器电寿命

　　断路器电寿命_机械/仪表_工程科技_专业资料。高压交流断路器电寿命在中国最早是 由电力系统用户提出来的。在 20 世纪 60 年代，电网 中的油断路器，每开断 3 次短路故障就要进行解体大修。由于当时型式试验条件很差，试验 设备不够大，某些高压断

　　高压交流断路器电寿命在中国最早是 由电力系统用户提出来的。在 20 世纪 60 年代，电网 中的油断路器，每开断 3 次短路故障就要进行解体大修。由于当时型式试验条件很差，试验 设备不够大，某些高压断路器只能采用延伸法进行短路开断试验，即通过额定恢复电压、小 电流试验和额定短路开断电流、低电压试验，就认为等价通过了额定恢复电压下的额定短路 开断电流试验，这种试验很难保证产品能达到额定开断容量；又由于用户在断路器运行中不 记录短路故障容量。因此，为安全起见，只能规定开断 3 次故障就认为不能再安全运行了， 必须安排大修。这 种规定实际上浪费了大量人力、物力和财力，这种现象一直延续到 70 年代末，我国的断路器短路开断型式试验设备已初具规模，电网 也开始能记录短路故障电 流为止。与此同时，电力部一方面要求开发短路故障记录仪，另一方面要求制造厂提出不需 检修条件下断路器的故障电流开断次数和不同开断电流下的相互折算方法，或提供不同故障 开断电流下的允许开断次数曲线，即断路器的电寿命，以便电力部门制定、修订高压断路器 运行和检修规程。2 电寿命与不经检修的连续开断能力 电寿命与不经检修的连续开断 能力指的是同一事件，但它们的概念却并不相同。连续开断能力指在不允许进行中间性检修 下的连续开断次数，或累计开断电流值。电寿命则不一定要有这样严格的限制。但 GIS 中 断路器和真空断路器的电寿命与连续开断能力却有同样的含义，因为这类产品不允许进行中 间性检修，或在指定的年限内不需要检修。而空气断路器和油断路器的电寿命则可以比连 续 开断能力长得多，这是因为检修可以使这类断路器恢复原状。随着高压断路器技术的进步， 线 断路器越来越被广泛使用，虽然型式试验只能进行连续开断试验，但实 际上就是它们的电寿命试验。为简化语言和考虑习惯，在新标准中都统称为电寿命试验。3 电 寿命试验的演变 1982 年 1 月，国际电工委员会（IEC）17A 分委员会秘书处文件讨 论表 征电寿命（Electrical Endurance）试验的方法有 3 种：①美国建议样品只在 100%额定短路开 断电流下进行“分”的试验，试验中电寿命即累计开断电流值分别为 400%、800%、1 200%…… 等级别，即 4 次、8 次、12 次……等级。②意大利建议考虑到断路器在开 断时会遇见各种 大小不同电流值的随机组合，电寿命试验应按表 1 中的方案进行。折算到开断次数，举例如 100%额定短路开断电流开断 6 次、60%开断 10 次、30%开断 20 次、10%开断 60 次, 以此 类推。③瑞士、法国建议 52 kV 及以上电压等级断路器的电寿命试验应按表 2 中的方案进行。 52 kV 以下的断路器可以不考虑近区故障，其他项目参照表 2 进行试验。试验电流累计值也 按 400%、800%、1 200%……分级。表 1 意大利建议的电寿命试验方案 开断电流值为额定 短路开断电流值的百分数/% 10～20 21～45 46～70 71～100 在连续开断试验中电 流所占的百分比/% 30 30 25 15 这 3 种方案电寿命试验基本上都按 4、8、12…… 倍额定短路开断电流值为定值，具体做法：一种全用额定短路开断电流做试验；另一种用方 式 1、2、3、4 按一定的比例做试验；还有一种则将断路器应该做的所有开断试验按 一定的 次序排列进行试验，实质上并没有增加型式试验开断工作量，只是考虑做到累计开断电流达 到 4、8、12、16 倍额定短路开断电流后允许检修或不检修后再试，来决定产品电寿命长短， 这一方法的出发点是触头烧损与开断电流成正比，而不是平方关系。1982 年 6 月在 IEC 17A 分委员会年会上，上述 3 个方案都未被接受，也就是说直至 1987 年 IEC 56：1987《高压交 流断路器》标准中电 寿命试验仍未被列入。表 2 瑞士、法国建议的电寿命试验方案 试验 方式 操作顺序 占额定开断电流倍数/倍 累计开断倍数/倍 是否允许检修 方式 4 O-CO-CO3.0 3.0 3.0 不允许 方式 2 O-O-O 0.9 3.9 不允许 开断线 试后允许检修 方式 5 O-O-O 3.0 7.0 不允许 L60 O-O-O 1.8 8.8 不允许 方式 1 O-O-O 0.3 9.1 试后允许检修 L90 O-O-O 2.7 11.8 不允许 失步开断 O-O-CO 0.75 12.55 试后允许检修 L75 O-O-O 2.25 14.8 不 允许 开断空载变压器 12 次 O 14.8 不允许 开断电抗器 12 次 O 0.1 14.9 不 允许 方式 3 O-O-O 1.8 16.7 试后允许检修 这些电寿命试验数据对运行部门极有 参考意义。国内外一些制造厂家都在执行一系列的试验来确定自己产品的电寿命，以加强其 竞争能力。如法国 MG 公司 FA4-525 kV SF6 断路器产品宣扬为连续开断能力做了 500 次（各 种大小电流、各种操 作顺序），累计开断电流达 2 000 kA，估计这是该型断路器可连续工作 25 年而不需检修的试验要求；瑞士 ABB 公司 ELK SP 32(550 kV) SF6 断路器开断 63 kA 可 达 20 次、4 kA 可达 5 000 次；法国 Alstom 公司提供了 HVX（12 kV）真空断路器允许开断 次数曲线% 额定短路开断电流连续开断 50 次、50%额定短路开断电流连续开断 124 次、10%额定短路开断电流连续开断 1 100 次等。 我国根据用户的要求，1985 年原机械部 在制定 JB 3855—1985《10 千伏户内高压真空断路器通用技术条件》和 JB/DQ 2184—1985 《3 kV～35 kV 真空断路器用真空灭弧室通用技术条件》中规定了额定短路开断电流开断次 数：20 kA 及以下的产品为 16、30 次；25 kA 及以上 的产品为 8、12、20 次。原能源部标 准 DL/T 403—1991《10 kV～35 kV 户内真空断路器订货技术条件》中规定额定短路开断电 流开断次数：25 kA 及以下的产品为 30、50、75、100 次；25 kA 以上的产品再增加一档 20 次。这些都是按同一额定短路开断电流重复次 数作为电寿命的试验标准。 随着用户对 电寿命试验呼声愈高，IEC 专门成立工作组对全世界各国运行中的断路器开展电寿命调查， 调查结果表明，实际运行中断路器开断额定短路开断电流的并不多，大量开断电流只有断路 器额定开断电流的 10%～30%，而超高压断路器在运行中几乎没有开断额定短路开断电流的 工况。因此，IEC 在 20 世纪 90 年代中期发布的标准修订件中提出了《E2 级断路器》电寿 命的概念：“在其预期的使用寿命期间，主回路中开断用的零件不要维修，其他零件只需要 很少的维修（具有延长的 电寿命断路器）。”对 52 kV 及以下电压等级的 E2 级断路器开断试 验的电流大小、操作顺序和操作顺序的次数是根据调查结果的概率统计而提出的，见表 3。 表 3 对 52 kV 及以下电压等级的 E2 级断路器电寿命试验方案 额定短路开断电流百分数/% 操 作 顺 序 操 作 顺 序 的 次 数 / 次 10 OO-0.3 s-COO-0.3 s-CO-t-CO 84146 30 OO-0.3 s-COO-0.3 s-CO-t-CO 84146 60 OO-0.3 s-CO-t-CO 22 100 O-0.3 s-CO-t-CO 2 由表 3 可知，10% 额定短路开断电流下开断 130 次、30%额定短 路开断电流下开断 130 次、60%额定短路开断电流下开断 8 次、100%额定短路开断电流下开断 6 次，即总计开断 274 次的情况下试验能通过，开断寿命就满足要求了，也就是说在开断问题上可以达到免维 修了。中国 IEC 委员会曾向 IEC 工作组建议电寿命试验采用中 国行业标准的规定，但答复 是“电流与磨损的关系不像其表现的那么简单，不能有效折算”，因此末被采纳。而工作组的 建议方案 2001 年正式列入 IEC 62271-100《高压交流断路器》标准。2002 年，我国国家标 准 GB 1984—2003《高压交流断路器》修订也 同样采用了这一规定。它不分产品种类、不 考虑电寿命长短、不研究产品实际运行工况、不分质量等级，已不是原来提出电寿命的初衷。 4 电寿命试验方法的讨论 4.1 对断路器制造厂的意义 （1） 断路器所采用的各种灭 弧介质，如油、空气、真空、六氟化硫，它们在灭弧过程中对触头烧损的表现是不一样的， 且同一种介质因断路器设计结构不同对触头烧损的表现也不一样。所以断路器的电寿命应有 长短之分，不应该用一种电寿命试验标准来考核所有类型断路器，E2 级电寿命试验标准真 空断路器容易做到，六氟化硫断路器较难通过，而油断路器只能做到 E1 级。另外，有些真 空断路器的电寿命可以大大超过此规定，而有些只能勉强达到，产品质量的良莠不能体现出 来，限制了技术水平和制造水平的提高。 （2） 电寿命型式试验费用的比较。对 12 kV， 31.5 kA 断路器，新标准电寿命试验费是 20 次额定短路开断电流电寿命试验费的 3.17 倍； 而 20 kA 断路器新标准试验费是 30 次电寿命试验费的 2.83 倍。如按累计电流∑I2 关系粗略 折算，则新标准 274 次的开断能力相当于额定短路开断电流 21.88 次的开断能力，上要多花 2 倍的试验费，很不经济。尤其在中国，有成百上千家断路器制造厂，累计增加的人力、财 力消耗是巨大的。4.2 对用户的意义 （1） 用户可根据断 路器的使用场合来选用电寿 命长短不同的断路器，以保证运行安全可靠。 （2） 为推广断路器状态检修，目前开发 的仪器都是 测量开断时电流波形，按一定的方法加权累计（ 或∑Iαt，），当断路器累 计开断电流达到该断路器开断阈值后即报警。这就需要不同开断电流大小的转换关系，有些 仪器生产厂认为触头烧损与电流平方成正比(有的制造厂将 α 定为 1.5～2.0)，并将它设计到 仪器的软件中，这对用户非常有用；也有人认为由于电弧对触头烧损的过程极其复杂，因此 很难 做到各种不同开断电流之间的正确转换，虽然很多制造厂提供了一些转换公式或电寿 命曲线，但他们仍否定这种做法。为避开这一矛盾，从实际概率出发，提出了“274 次试验 方法”。但这种统计随着时间的延伸、产品技术的进步是变化着的，实际并不真正 符合具体 安装点的工况；在使用中实际开断电流是随机的，如果实际开断电流不符合 274 次开断电流 设定的大小、顺序和次数，那么该 怎样处置，怎么判断电寿命是否到头了；为了判断电寿 命是否到头，仍旧不得不想办法从 274 次各种开断电流之间去找出电流之间 的转换关系， 这就又回到了上述想避开的难题。转换关系不解决，电力部门想实施状态检修就无法实现了。 4.3 电寿命试验问题的焦点 各国向 IEC 17A 提出的方案我们认为都比较实际，尤其是 美国方案与我国很接近。由于采用不同的电寿命次数来分等级可以反映出不同质量、不同水 平的产品，因此让用户去选用其所需要的产品，实行优质优价，这是最 合理的。问题在于 不同开断电流之间的互相转换，有人认为开断一次额定短路开断相当于开断 10 次 10%额定 短路开断电流，也有人认为相当 100 次。所以认为我国行业标准中电寿命次数太高了，比 IEC 新标准要求高得多，结果 GB 1984—2003《高压交流断路器》标准 采纳了这一建议。 实 际对比试验也表明，按 IEC 标准做电寿命试验比按 30 次额定短路开断电流进行电寿命试验 要容易通过。中国电寿 命试验标准次数定为多少合理还有待讨论，关键是要研究出折算转 换方法，那怕不那么精确，但只要实用，对用户来说是很有用处的。致于 IEC 标准的规定， 从目前来看应该说还存在很大的不合理性。 中国高压开关 IEC 工作小组还应继续努力， 并联合其他国家 向 IEC TC17A 委员会提出电寿命试验应采纳中国电力行业标准委员会试 验方案的建议，直至建议被采纳为止。5 结论 综上所述，断路器电寿命试验在我国行业标 准中的规定是合理可行的，而且已执行近 20 年，促进了我国线 断路器的 技术进步，应予保留。以 IEC 国际标准有了新规定，为使我国国家标准与国际接轨，也应 采纳，以利于产 品出口。为使国家标准符合中国国情，又合理可行，建议 GB 1984—2003 《高压交流断路器》标准中 E2 级断路器的规定按 DL/T 402—1999《交流高压断路器订货技 术条件》中 E2 级断路器要求修订，即 IEC 62271-100《高压交流断路器》标准中的 E2 级断 路 器要求和电力行业标准 DL/T 403—200《0 12 kV～40.5 kV 高压真空断路器订货技术条件》 中 E2 级断路器电寿命试验的规定并列采用。