磁场断路器的弧压试验(发表)

1、磁场断路器的弧压试验夏维珞 符仲恩 宣自平 李自淳（中国科学院等离子体物理所科聚公司，安徽 合肥 230031）摘 要 本文阐述了磁场断路器弧压试验的必要性、试验方法、试验情况和结论，提供大量真实的试验数据和录波图。关键词 磁场断路器；弧压；试验1 前言发电机的灭磁系统有如汽车的制动系统，对主机的安全运行至关重要。灭磁开关是灭磁系统中的关键部件之一。过去的灭磁开关（如DM2型自动灭磁开关）靠自身的栅片来吸收磁能，故栅片烧损严重，维护工作量大，不能频繁动作，不能满足大、中型发电机灭磁的需要，已经趋于淘汰。目前国内外广泛采用的是移能型灭磁开关，叫做磁场断路器。它在灭磁时将励磁电流及磁场能量迅速转移

2、到灭磁电阻中衰耗，本身基本不吸收能量。根据有关资料分析1，决定磁场断路器移能开断能力的重要参数是其断口弧压及建压速度 图1 开关弧压试验电路图。一般产品说明书提供“额定最大遮断电压或断流弧压”，由于该参数定义不太明确（有的说明书称为“最大分断电压”或其他），弧压的分散性又很大，各制造单位取值的标准不同，所以说明书数据只能供参考，不完全反映真实弧压的可比性能。另外，有的用作磁场断路器的交流开关利用交流电流过零熄弧，原本对弧压没有要求，说明书上根本没标出弧压数据。为此，我们利用中科院等离子体物理研究所11大电流开断实验设备对部分交直流开关进行了直流开断试验，实测其弧压数据。2 试验电路及步骤试验电

3、路如图1所示。图中U为可控整流功率电源（短时输出电流50A5kA可调），QF为试品开关的主断口（一般为14个），L为负载电感（储能200MJ，电感量01H可调）。IK为开关电流的分流器输出，UK1UK3为每一个断口弧压的分压器输出，UK为多断口串联总弧压的分压器输出；外加后备保护开关K及过电压保护设备（图中未画出），还有全套计算机测量录波及数据处理系统，组成了国内最大的交直流灭磁实验室。该实验室的配置符合美国标准IEEE/ANSI C37.18的要求2。试验步骤如下：1）按图1接好电路，按要求配置好合适的L和R参数，调试好控制和测量回路。2）合上试品开关QF和后备保护开关K。3）调节整流器U的

4、输出，使IK上升到预定数值。4）启动录波电路，随即分断试品开关QF，并自动延时分断后备保护开关K。5）收集整理采样记录的IK及UK数据。3 试验情况我们在近十年内利用各种机会寻找样机对如下十种开关作了弧压试验。国产开关：DM4、DMX2、DM8、3WE、ABB-F2S；进口开关：ABB-E2N、R.R.-EX74、GE-AMF、UR26、CEX98。其中3WE和ABB-F2S、ABB-E2N三种开关原本是交流开关。试验先后进行了上千次，电流范围为50A5000A。经整理把部分典型试验数据及录波图列于表1。表1 部分典型弧压试验结果断路器型号制造单位说明书标额定最大遮断电压(V)实测最高平均弧压

5、(V)试验电流(A)示波图备注DM4-1600两断口立新电器2´1500V2300325略2800500略>4000325图DM4-1过压保护动作限压限压NOZZZZZZZNOZZNO35001200图DM4-2弧压不稳DMX2-(16004000)两断口科聚电气2800V33003250图2300-1双断口34002100图2300-2双断口1900180图2300-3单断口1700580图2300-4单断口3300900图3500-1双断口DM8G-1000两断口立新电器2500V2200110图DM8-1建压慢1650280略36002730图DM8-2SACEF2S/R

6、2500厦门ABB公司引进ABB技术无14001200图F2S-1三断口14002000图F2S-2SACEE2N/EMS2000四断口/三断口意大利ABB公司无1260650图E2N-1四断口14001800图E2N-2说明: 示波图见图2图5，从图上可看到各种磁场断路器弧压上升的快慢和稳定情况。图DM421200A试验IkUk图DM41325A试验UkIk图2 DM4-1600型磁场断路器弧压试验示波图图230022100A试验图230013250A试验图23003180A试验UkIkUkIkIkUk图35001900A试验图23004580A试验UkIkUkIk图 DM8-5图 DM8-

7、7图3 DMX2型磁场断路器弧压试验示波图Ik图DM8-22730A试验图DM8-1110A试验UkUkIk图4 DM8-1000型磁场断路器弧压试验示波图图 E2N-1图 E2N-1图 E2N-2图 E2N-3 电流图F2S-11200A试验IkIkUkUkIk图F2S-22000A试验图E2N-21800A试验图 E2N-3Uk图E2N-1650A试验UkIk图5 ABB-F2(E2)磁场断路器弧压试验示波图4 试验结论4.1 开关弧压分散性较大，它与下列因素有关：1) 电流大小 特别是用吹弧线圈磁吹时，电流太小使吹弧磁场过弱，导致弧压降低；但有的开关（如DM4）在电流过大时弧压也会降低3

8、。2) 回路电感 回路电感太小使感应电势减小，弧压也会降低。3) 开关结构 如灭弧罩结构（尺寸、长弧短弧、栅片数目）、吹弧措施(气吹、磁吹)、引弧系统。4) 电弧随机性 以上条件不变时，弧压也会有变化。4.2 基于上述情况，我们作如下处理：1) 在每一次试验录波图的弧压曲线上，舍弃个别“冒尖”的毛刺尖峰，在时段前部比较稳定的一段最高弧压曲线段上取“平均值”，这就是表1中的“实测最高平均弧压”值。2) 在每一个型号产品的大量试验数据中，取“在正常工况下能保证达到的，保底的实测最高平均弧压”，作为说明书上标明的“额定最大遮断电压”或“断口弧压”。3) 其他制造单位是否也按我们上述做法处理不得而知，

9、据了解目前尚无权威性标准作明确规定。根据我们实测试验结果和产品说明书标定对比，发现有的说明书标定值较“保守”，有的较“冒进”，有的没有明确标示，所以应尽量把具体产品做实测弧压试验，掌握第一手资料比较可靠。4) 在设计时，在满足移能换流必要条件的前提下，还要增加200V300V的安全裕量。4.3 在开关额定电流左右的一定电流范围内，弧压基本与电流大小无关。4.4 对短弧栅结构的开关，弧压与灭弧罩内金属栅片间隔数成正比。单弧罩的弧压大致等于间隔数m×35V（左右）。4.5 多断口串联总弧压等于各单断口弧压之和乘以一个小于1的“重叠系数”KC，即，KC<1是因为单断口弧压UKi有随机性，不是一个恒值，而各UKi的峰值不会同时出现。一般KC0.850.98，串联断口越多KC值越小。4.6 引弧和吹弧正确与否对弧压影响非常大。设计制造良好的开关，安装调整不当，使吹弧方向相反；或引弧不良，使电弧不能正确而迅速地进入全部灭弧栅片，则弧压会大大下降，容易烧损灭弧罩和触头。参 考 文 献1 上海汽轮发电机有限公司，科大创新股份有限公司科聚分公司. 大型同步发电机交流和直流灭磁研究报告. 2005年12月.2 ANSI/IEEE C37.18-1979(R1997), Am