西门子石墨触头断路器测试方法浅析
    
[摘  要]高压断路器的发展经历了多油开关、少油开关、真空开关、六氟化硫等多种类型，近几年，西门子公司又推出了新型六氟化硫开关，即带石墨喷口的六氟化硫开关。由于石墨有更高的燃点，故这种结构可以大大减小触头的烧蚀，增加断路器的可靠性和使用寿命。但是，由于石墨属于半导体，其导电性远低于普通金属，故传统的断路器测试方法不能如实反映开关的真实时间和同期，本文就石墨触头断路器测试方法做一初步探讨。 
[关键词]石墨触头 断路器 测试方法
1 引言 近年来，随着我省电力系统的不断发展，各变电站的110kV及以上电压等级断路器均使用六氟化硫断路器，尤其是220kV以上的断路器，部分采用了带石墨触头的西门子六氟化硫断路器，这样大大提高设备的安全可靠性。具体型号有3AQ1EE、3AQEG、3ATEE等。 按照国家有关标准及浙江省局规定，所有断路器在交接试验、必要时试验、大修后的试验中，都要求测时间参数。目前多数厂家生产的断路器测试仪时间测试方法基本上采用的是电压法或电流法，其原理类似于早期的16线示波器。检测输入信号的电压变化或者电流变化，从而测出断路器的固有分闸、合闸时间。对于普通金属触头断路器来说，这两种方法测试结果是一致的；但是，如果用来测试石墨触头断路器，则可能不能正确得到时间参数。下面就一个现场实际情况来说明。 2 现场情况 今年8月份，我们在浙江省某220kV变电站做一台220kV石墨触头断路器机械特性试验。开始使用是一台普通断路器测试仪，反复做了多次，但合闸时间和同期总是不合格。具体数据如下表（普通断路器测试仪测试结果）。
操作 A相 B相 C相 同期 合闸 107.7ms 114.4ms 109.1ms 6.7ms 分闸 38.0ms 36.9ms 36.5ms 1.5ms
从测试数据来看，分闸数据符合要求，但是，合闸同期数据却严重不合格。开始怀疑开关有问题，反复试验多次，结果均不合格。于是联系西门子厂家询问，得知石墨触头断路器的触头结构于普通断路器的触头结构不同。用普通断路器测试仪测石墨触头的机械特性，得不到正确结果。 随后，我们通过浙江中试所的推荐，联系到能够制造测试石墨触头断路器测试仪的生产厂家，现场进行测试，仪器型号为DB8003，采用电流电压法测试，测试结果如下：
操作 A相 B相 C相 同期 合闸 112.8ms 112.2ms 113.6ms 1.4ms 分闸 39.1ms 38.4ms 37.7ms 1.4ms
测试结果完全符合开关出厂要求。 3 情况分析 通过和西门子厂家的技术人员、仪器生产厂家人员交流，我们对石墨触头断路器的结构和测试方法有了初步了解。 经过分析，普通断路器测试仪之所以不能正确测试时间和同期，主要是因为石墨触头断路器的特殊结构和断路器测试仪测试原理两个原因造成的。 首先，西门子石墨触头断路器的触头不是纯金属的，它由两部分组成，其灭弧部分是半导体石墨成份。当断路器在刚分、刚合时，电弧主要通过石墨触头熄灭，以达到保护动、静触头的金属部分。在合闸或分闸过程中，金属导流桥和石墨触头的接触电阻值不是恒定的。因此，由于石墨特性，是否正确测出动触头完全通过石墨弧触头部分的时间是造成测量误差的原因之一。

图 1其次，测试仪器工作原理不同，我们使用的普通断路器测试仪，对断路器断口使用电压或电流信号采样，记录的是断路器通断信号。一般是通过光耦隔离采样的（原理图见图1）。如图，K1代表断路器的断口，当K1打开时，相当于断路器分闸状态，U1截止，则光耦不通，计算机采样的是高电平；当K1闭合时，相当于断路器合闸状态，U1导通，计算机采样的是低电平，这样计算机可以判断开关的状态，从而记录分、合闸时间。但是，这种结构的电路只能测试通断两种状态，对石墨触头的动态过程无法记录，因为在断路器动作过程中静触头和动触头的接触电阻是变化的。且对于装配不是很好的断路器来说，三相触头的石墨部分不是同是接触上的，所以，普通开关测试仪只能测通断的原理，是无法准确测试石墨触头断路器的同期的。
而专用石墨触头断路器测试仪，是针对西门子的石墨喷口结构断路器特别设计。其原理为电压电流法，在每相断路器断口上加上10A恒流源，记录的是合闸或分闸过程中动、静触头的动态变化。断路器合闸过程中，在断口电压小于一定值后，仪器才认为断路器的动触头真正完全接触到上静触头主触头部分；分闸同样的原理，当断口电阻大于一定值后，认为是金属分闸点。因为动触头和静触头的金属部分是能可靠接触的，使用电流电压法测试触头的接触时间是很可靠的方法。 测出的波形如图2、图3所示，分别是合闸和分闸过程(以A相为例)。