高压开关机械特性试验的数据分析及应用

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开关机械特性试验是高压开关的动作特性重要试验，其实验数据包括高压开关的分/合闸时间、分合闸速度、刚合速度、刚分速度、三相不同期时间、三相动作顺序、三相弹跳时间（真空开关），断口的开距，动触头行程及超行程等。
一、开关触头行程与开距及超行程之间的关系及如何调整触头行程A=断口开距L+超行程S；其中触头行程A与开关机构的输出和拐臂有关，其中机构的输出是定死的，不能调整，通过调整拐臂连杆可以调整开关三相的触头行程。断口开距L是指开关在分闸状态下动触头与静触头之间的距离，通过调整输出拐臂的长短来调整，它反应的是开关的开断能力，可以通过高压耐压试验来进行检验；而超行程S是动静触头的接触距离（如果是真空开关的时就是动静触头接触后的接触压力弹簧的压缩量），通过调整开关本体的拐臂连杆及各项断口处的拐臂螺杆来调整，它反应的是开关合闸后动静触头的接触好坏，可以通过做接触电阻测试来进行检验。
而我们在做各项试验前首先要做的就是进开距和超行程的测量以保证开距和超行程满足技术要求的前提条件下进行，如果不满足就要进行调整。
二、如果合闸功和分闸功确定（即分合闸弹簧长度一定）的情况下：
1、分、合闸时间与开距行程之间的关系
从分闸时间即动静触头从接触到分开是的时间，其反应的就是超行程量（接触行程）即动静触头接触的量，如果分闸时间长，开关的超行程（动静触头接触量或接触压力弹簧的压缩量）就越大，反之则越小。合闸时间是动静触头从分闸时的状态到刚接触上的时间，其反应的是开关的开距，如果合闸时间越长，说明分闸状态时开关动静触头之间的距离距就越大，反之则越小。
从上面的关系中我们可以得知分闸时间和合闸时间是两个反向的量：合闸时间长即L大开关的开断能力强、分闸时间就短即S就小开关合上好接触不良，接触电阻就大；合闸时间短即L就小开关的开断能力差、分闸时间就长即S就大，开关合上后动静触头接触良好，接触电阻就小。如果反应到开关的每一相上就是A、B、C三相的分合闸时间的长短即三相的分合闸次序，即合闸时间短的相先合闸，其开距小、超行程（接触行程）大，分闸时间就长，后分开；合闸时间长的相其开距大、超行程（接触行程）小，分闸时间就短先分开。这个原则也是我们调整开关不同期的一个法宝，原则上三相不同期越小越好即不同期为零时同时分合闸是理想状态，但是实际上很难达到，有时候甚至超出标准范围很多，这就要求我们进行现场调整。
小结：根据上述法宝，分合闸不同期偏大，以时间的中间值相为基准调整最大、最小相来降低不同期，当合闸不同期偏大时，调整合闸时间最大相或时间最小相（哪一相偏离中间值大就调整哪一相或两相同时调整）来使其开距减小或增大，从而缩短或增加时间使其三相不同期在标准值范围内；（分闸正好和合闸相反）。有时候出现悖逆情况即合闸时间大（或小）的相分闸时间也大（或），这就说明机构有卡涩现象，适当的润滑一下机构传动部分就可以了。
2、分合闸速度
高压开关的分合闸速度至关重要，当其分、合闸功（分合闸弹簧）做好的情况下，它的大小由开具和行程与时间决定，而其重点是刚合、刚分速度，其直接反映了开关的闭合和开断能力，如果开关的分合闸时间一定，开距和行程一定其速度可以用下列公式即：
V=x/t=Δx/Δt=dx/dt
其中V 是速度，x是行程 ， t是时间
分、合闸平均速度v就是接触行程（开距）与分、合闸时间之比，刚分、合速度V（t）就是动、静触头刚分开（合上）时的行程Δx与其所用的时间Δt之比。
小结：由上可见开关动作速度是反应在时间（t）上的，因为各个距离量（x）是定的，因此只要合、分闸时间（t）合格平均速度就一定合格，刚合、刚分速度是大于平均合、分闸速度的，因此合、分闸速度满足要求其刚合、分速度也能满足要求。加速度不能直接测量到，是个间接量，它通过测量Δx与Δt，通过其比值来获得，由于受现场试验条件及各种开关的动触头形式不一所限制，开关动作的刚合、分速度的测量比较困难的，一般情况下只测量开距行程（满足技术要求）和分合闸时间，只要几个量都满足要求即可，现场进行刚分合速度测试（特殊情况例外）。
三、当行程及开距、超行程一定时
前面分析了开关特性试验中各个距离量与时间之间的关系，我们分析的前提条件是开关的分、合闸功是一定的，下面我们将反过来分析：开关动触头总行程一定的情况下，弹簧机构开关分合闸时间与分合闸功之间的关系。也就是说开关的各个距离量在标准值范围内，开关的分合闸时间只能通过调整合闸功来实现，这对我们处理一些故障有很大的帮助。
1、 分、合闸时间与速度
原则上分闸时间越短，分闸速度越快就越好，由于分闸速度直接影响电流过零后触头间介质强度恢复的速度，如果电弧熄灭后，触头间介质强度恢复速度小于恢复电压，将造成电弧重燃，为了防止电弧重燃，以及缩短燃弧时间，必须满足分闸速度。分闸速度的大小主要取决分闸弹簧的弹力，当弹力系数一定的情况下也就是弹簧的长短。但实际并非如此，分闸时间越短、分闸速度越大，引起的分闸弹振越历害，过冲也就越历害，这样对开关管波纹管的振动、压缩也就越严重，容易造成波纹管提早损坏而漏气，对速机的振动也越大，容易造成零部件的损坏，同时，不能满足合闸时间与速度的要求。因此能够在规定的时间内分闸就行了，一般小于60毫秒。 
开关的合闸时间及合闸速度要求较分闸相对低些。只要具备一定的合闸时间和速度，尽量减小触头在合闸过程中由于予击穿造成的电磨损，以及避免发生触头熔焊，因此，没必要要求过高的合闸速度，因为合闸时间太短，合闸速度太快不仅增加操作机构的合闸功，同时使开关管受到的合闸冲击增大，大大降低其使用寿命，因此只要在满足要求的情况下实现顺利合闸就行一般要求小于100毫秒。
2、分合闸功的关系
合闸功的要求是提供足够的功来实现开关的合闸，其大小应不小于分闸功和合闸缓冲能量（如果是真空开关的话还有超行程弹力；如果是插入式接头的话还有接触阻力）之和。而分闸功的要求是提供足够的能量保证开关在规定的时间内以一定的速度可靠分闸。从上面可知分闸功的大小决定合闸功（储能弹簧的能量）的大小，而分闸功由分闸弹簧的能量确定。而分、合闸能量弹簧是出厂安装好的，在我们的实际工作中只能通过调整储能弹簧的长短来调整合闸功的大小，从而调整合闸时间与合闸能量。调整分闸弹簧的长短来同时改变分闸时间（速度）和合闸时间（速度）。同时通过调整储能弹簧及分闸弹簧的长短来保证顺利合闸。实际案例分析：
（一）110千伏锦界变锦大开关，户外110千伏六氟化硫开关合闸后，合闸弹簧能量不能完全释放，必须经储能电机在储能的过程中将合闸凸轮顶到合闸位置，这时弹簧能量彻底释放，开关二次合闸到位，后经调紧合闸弹簧和适当的放松分闸簧后开关合闸正常。
（二）某110千伏煤矿变电站，户内组合电器开关，开关合闸后无位置指示红、绿灯及开关储能指示灯都不亮，储能电机空转了一会过热保护启动使储能电机断电。经查开关分合闸指示牌无指示，手动不能跳闸，开关拒动。给储能电源后，储能电机一直空转，不会储能。经检查储能机构棘轮够不到传动轮的轮齿上，整个传动轮只有一半齿轮。经分析属于开关合闸功不够，开关不能一次性合到位，合闸簧不能完全释放，而且由于传动轮只有一半有齿使得合不到位时储能机构棘轮够不到轮齿，不能使开关通过储能机构来实现完全合闸，从而导致开关合到一半后，拒动（合不上，跳不开），储能电机空转。后通过拧紧合闸弹簧长度控制螺丝，和给分闸簧加装垫片后，开关动作正常。
（三）10千伏柱上开关在合闸后几秒钟内又听到“噔”的一声，其原因就是合闸后合闸功不够、储能弹簧在合闸后不能完全释放，不能一次将开关合到位，通过储能电机在储能过程中将合闸凸轮顶到合闸位置，才又听到储能弹簧完全释放的声音，然后才是开关的正常储能。 
上述三个案例就是典型的开关合闸功不够导致开关不能一次性合闸，只能通过储能电机电机储能来实现二次完全合闸。我们只要通过拉长合闸簧或更换新的合闸簧后就能实现一次性完全合闸。上述故障情况轻则引起合闸线圈烧毁、如果是储能齿盘是半齿盘（储能齿盘只有一部分有齿）可能导致储能电机的烧损，重则如果带大负荷合闸因为合不到位，接触电阻大，触头瞬间发热严重引起触头烧损或气体受热膨胀引起开关爆炸，如果在合闸过程中遇到故障（合在故障点上）会导致开关拒动导致越级跳闸扩大事故范围等严重后果。
小结：我们在安装调试做机械特性试验时，只要分合闸时间都在规定范围内就对机构不做调整，对分合闸时间之间的关系不做对比。虽然新安装调试的时候，开关分合闸动作灵活，但经过一段时间的运行就出现上述现象。因此在做机械特性试验时我们要重视分合闸时间数据的分析满足要求的情况下分闸时间不能太短，而合闸时间不能太长，根据本人多年了的总结分析得出合闸时间大概是1.5~2倍的分闸时间，这个比例关系比较合理可靠，如果超出这个范围就应该对分合闸簧的长度适当的调整。因为分闸时间太短、合闸时间太长说明分闸弹簧弹力大，有效合闸功就小，合闸时间就要长一些，在设备运行后，分、合闸簧一直在拉伸状态，再加上一些开关储能簧在选材上的因素，使得弹簧过早疲劳，致使弹簧弹力不够，合闸功不足，出现合闸功不足的情况，导致开关不能一次性可靠合闸到位，从而导致零部件损坏或机构拒动或设备爆炸等事故。

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