1問題的提出 高壓交流斷路器電壽命在中國最早是 由電力系統(tǒng)用戶提出來的。在20世紀(jì)60年代，電網(wǎng)中的油斷路器，每開斷3次短路故障就要進(jìn)行解體大修。由于當(dāng)時(shí)型式試驗(yàn)條件很差，試驗(yàn)設(shè)備不夠大，某些高壓斷路器只能采用延伸法進(jìn)行短路開斷試驗(yàn)，即通過額定恢復(fù)電壓、小電流試驗(yàn)和額定短路開斷電流、低電壓試驗(yàn)，就認(rèn)為等價(jià)通過了額定恢復(fù)電壓下的額定短路開斷電流試驗(yàn)，這種試驗(yàn)很難保證產(chǎn)品能達(dá)到額定開斷容量；又由于用戶在斷路器運(yùn)行中不記錄短路故障容量。因此，為安全起見，只能規(guī)定開斷3次故障就認(rèn)為不能再安全運(yùn)行了，必須安排大修。這 種規(guī)定實(shí)際上浪費(fèi)了大量人力、物力和財(cái)力，這種現(xiàn)象一直延續(xù)到70年代末，我國的斷路器短路開斷型式試驗(yàn)設(shè)備已初具規(guī)模，電網(wǎng) 也開始能記錄短路故障電流為止。與此同時(shí)，電力部一方面要求開發(fā)短路故障記錄儀，另一方面要求制造廠提出不需檢修條件下斷路器的故障電流開斷次數(shù)和不同開斷電流下的相互折算方法，或提供不同故障開斷電流下的允許開斷次數(shù)曲線，即斷路器的電壽命，以便電力部門制定、修訂高壓斷路器運(yùn)行和檢修規(guī)程。 2　電壽命與不經(jīng)檢修的連續(xù)開斷能力 電壽命與不經(jīng)檢修的連續(xù)開斷能力指的是同一事件，但它們的概念卻并不相同。連續(xù)開斷能力指在不允許進(jìn)行中間性檢修下的連續(xù)開斷次數(shù)，或累計(jì)開斷電流值。電壽命則不一定要有這樣嚴(yán)格的限制。但GIS中斷路器和真空斷路器的電壽命與連續(xù)開斷能力卻有同樣的含義，因?yàn)檫@類產(chǎn)品不允許進(jìn)行中間性檢修，或在指定的年限內(nèi)不需要檢修。而空氣斷路器和油斷路器的電壽命則可以比連 續(xù)開斷能力長得多，這是因?yàn)闄z修可以使這類斷路器恢復(fù)原狀。隨著高壓斷路器技術(shù)的進(jìn)步，真空斷路器和SF6斷路器越來越被廣泛使用，雖然型式試驗(yàn)只能進(jìn)行連續(xù)開斷試驗(yàn)，但實(shí)際上就是它們的電壽命試驗(yàn)。為簡化語言和考慮習(xí)慣，在新標(biāo)準(zhǔn)中都統(tǒng)稱為電壽命試驗(yàn)。 3　電壽命試驗(yàn)的演變 1982年1月，國際電工委員會(huì)（IEC）17A分委員會(huì)秘書處文件討 論表征電壽命（Electrical Endurance）試驗(yàn)的方法有3種：①美國建議樣品只在100%額定短路開斷電流下進(jìn)行“分”的試驗(yàn)，試驗(yàn)中電壽命即累計(jì)開斷電流值分別為400%、800%、1 200%……等級(jí)別，即4次、8次、12次……等級(jí)。②意大利建議考慮到斷路器在開 斷時(shí)會(huì)遇見各種大小不同電流值的隨機(jī)組合，電壽命試驗(yàn)應(yīng)按表1中的方案進(jìn)行。折算到開斷次數(shù)，舉例如100%額定短路開斷電流開斷6次、60%開斷10次、30%開斷20次、10%開斷60次, 以此類推。③瑞士、法國建議52 kV及以上電壓等級(jí)斷路器的電壽命試驗(yàn)應(yīng)按表2中的方案進(jìn)行。52 kV以下的斷路器可以不考慮近區(qū)故障，其他項(xiàng)目參照表2進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)電流累計(jì)值也按400%、800%、1 200%……分級(jí)。 表1　意大利建議的電壽命試驗(yàn)方案 這3種方案電壽命試驗(yàn)基本上都按4、8、12……倍額定短路開斷電流值為定值，具體做法：一種全用額定短路開斷電流做試驗(yàn)；另一種用方式1、2、3、4按一定的比例做試驗(yàn)；還有一種則將斷路器應(yīng)該做的所有開斷試驗(yàn)按 一定的次序排列進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)質(zhì)上并沒有增加型式試驗(yàn)開斷工作量，只是考慮做到累計(jì)開斷電流達(dá)到4、8、12、16倍額定短路開斷電流后允許檢修或不檢修后再試，來決定產(chǎn)品電壽命長短，這一方法的出發(fā)點(diǎn)是觸頭燒損與開斷電流成正比，而不是平方關(guān)系。1982年6月在IEC 17A分委員會(huì)年會(huì)上，上述3個(gè)方案都未被接受，也就是說直至1987年IEC 56：1987《高壓交流斷路器》標(biāo)準(zhǔn)中電 壽命試驗(yàn)仍未被列入。 表2　瑞士、法國建議的電壽命試驗(yàn)方案 　　這些電壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)運(yùn)行部門極有參考意義。國內(nèi)外一些制造廠家都在執(zhí)行一系列的試驗(yàn)來確定自己產(chǎn)品的電壽命，以加強(qiáng)其競爭能力。如法國MG公司FA4-525 kV SF6斷路器產(chǎn)品宣揚(yáng)為連續(xù)開斷能力做了500次（各種大小電流、各種操 作順序），累計(jì)開斷電流達(dá)2 000 kA，估計(jì)這是該型斷路器可連續(xù)工作25年而不需檢修的試驗(yàn)要求；瑞士ABB公司 ELK SP 32（550 kV） SF6斷路器開斷63 kA可達(dá)20次、4 kA可達(dá)5 000次；法國Alstom公司提供了HVX（12 kV）真空斷路器允許開斷次數(shù)曲線：100% 額定短路開斷電流連續(xù)開斷50次、50%額定短路開斷電流連續(xù)開斷124次、10%額定短路開斷電流連續(xù)開斷1 100次等。 　　我國根據(jù)用戶的要求，1985年原機(jī)械部在制定JB 3855—1985《10千伏戶內(nèi)高壓真空斷路器通用技術(shù)條件》和JB/DQ 2184—1985《3 kV～35 kV真空斷路器用真空滅弧室通用技術(shù)條件》中規(guī)定了額定短路開斷電流開斷次數(shù)：20 kA及以下的產(chǎn)品為16、30次；25 kA及以上 的產(chǎn)品為8、12、20次。原能源部標(biāo)準(zhǔn)DL/T 403—1991《10 kV～35 kV戶內(nèi)真空斷路器訂貨技術(shù)條件》中規(guī)定額定短路開斷電 流開斷次數(shù)：25 kA及以下的產(chǎn)品為30、50、75、100次；25 kA以上的產(chǎn)品再增加一檔20次。這些都是按同一額定短路開斷電流重復(fù)次 數(shù)作為電壽命的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。 　　隨著用戶對(duì)電壽命試驗(yàn)呼聲愈高，IEC專門成立工作組對(duì)全世界各國運(yùn)行中的斷路器開展電壽命調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明，實(shí)際運(yùn)行中斷路器開斷額定短路開斷電流的并不多，大量開斷電流只有斷路器額定開斷電流的10%～30%，而超高壓斷路器在運(yùn)行中幾乎沒有開斷額定短路開斷電流的工況。因此，IEC在20世紀(jì)90年代中期發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)修訂件中提出了《E2級(jí)斷路器》電壽命的概念：“在其預(yù)期的使用壽命期間，主回路中開斷用的零件不要維修，其他零件只需要很少的維修（具有延長的 電壽命斷路器）?！睂?duì)52 kV及以下電壓等級(jí)的E2級(jí)斷路器開斷試驗(yàn)的電流大小、操作順序和操作順序的次數(shù)是根據(jù)調(diào)查結(jié)果的概率統(tǒng)計(jì)而提出的，見表3。 表3　對(duì)52 kV及以下電壓等級(jí)的E2級(jí)斷路器電壽命試驗(yàn)方案 由表3可知，10% 額定短路開斷電流下開斷130次、30%額定短 路開斷電流下開斷130次、60%額定短路開斷電流下開斷8次、100%額定短路開斷電流下開斷6次，即總計(jì)開斷274次的情況下試驗(yàn)?zāi)芡ㄟ^，開斷壽命就滿足要求了，也就是說在開斷問題上可以達(dá)到免維修了。中國IEC委員會(huì)曾向IEC工作組建議電壽命試驗(yàn)采用中 國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，但答復(fù)是“電流與磨損的關(guān)系不像其表現(xiàn)的那么簡單，不能有效折算”，因此末被采納。而工作組的建議方案 2001年正式列入IEC 62271-100《高壓交流斷路器》標(biāo)準(zhǔn)。2002年，我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 1984—2003 《高壓交流斷路器》修訂也 同樣采用了這一規(guī)定。它不分產(chǎn)品種類、不考慮電壽命長短、不研究產(chǎn)品實(shí)際運(yùn)行工況、不分質(zhì)量等級(jí)，已不是原來提出電壽命的初衷。 4　電壽命試驗(yàn)方法的討論 4.1　對(duì)斷路器制造廠的意義 　　（1） 斷路器所采用的各種滅弧介質(zhì)，如油、空氣、真空、六氟化硫，它們?cè)跍缁∵^程中對(duì)觸頭燒損的表現(xiàn)是不一樣的，且同一種介質(zhì)因斷路器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不同對(duì)觸頭燒損的表現(xiàn)也不一樣。所以斷路器的電壽命應(yīng)有長短之分，不應(yīng)該用一種電壽命試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來考核所有類型斷路器，E2級(jí)電壽命試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)真空斷路器容易做到，六氟化硫斷路器較難通過，而油斷路器只能做到E1級(jí)。另外，有些真空斷路器的電壽命可以大大超過此規(guī)定，而有些只能勉強(qiáng)達(dá)到，產(chǎn)品質(zhì)量的良莠不能體現(xiàn)出來，限制了技術(shù)水平和制造水平的提高。 　　（2） 電壽命型式試驗(yàn)費(fèi)用的比較。對(duì)12 kV，31.5 kA斷路器，新標(biāo)準(zhǔn)電壽命試驗(yàn)費(fèi)是20次額定短路開斷電流電壽命試驗(yàn)費(fèi)的3.17倍；而20 kA斷路器新標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)費(fèi)是30次電壽命試驗(yàn)費(fèi)的2.83倍。如按累計(jì)電流∑I2關(guān)系粗略折算，則新標(biāo)準(zhǔn)274次的開斷能力相當(dāng)于額定短路開斷電流21.88次的開斷能力，上要多花2倍的試驗(yàn)費(fèi)，很不經(jīng)濟(jì)。尤其在中國，有成百上千家斷路器制造廠，累計(jì)增加的人力、財(cái)力消耗是巨大的。 4.2　對(duì)用戶的意義 　?。?） 用戶可根據(jù)斷 路器的使用場合來選用電壽命長短不同的斷路器，以保證運(yùn)行安全可靠。 　?。?） 為推廣斷路器狀態(tài)檢修，目前開發(fā)的儀器都是 測(cè)量開斷時(shí)電流波形，按一定的方法加權(quán)累計(jì)（∑I(xiàn)α或∑Iαt，），當(dāng)斷路器累計(jì)開斷電流達(dá)到該斷路器開斷閾值后即報(bào)警。這就需要不同開斷電流大小的轉(zhuǎn)換關(guān)系，有些儀器生產(chǎn)廠認(rèn)為觸頭燒損與電流平方成正比（有的制造廠將α定為1.5～2.0），并將它設(shè)計(jì)到儀器的軟件中，這對(duì)用戶非常有用；也有人認(rèn)為由于電弧對(duì)觸頭燒損的過程極其復(fù)雜，因此很難 做到各種不同開斷電流之間的正確轉(zhuǎn)換，雖然很多制造廠提供了一些轉(zhuǎn)換公式或電壽命曲線，但他們?nèi)苑穸ㄟ@種做法。為避開這一矛盾，從實(shí)際概率出發(fā)，提出了“274次試驗(yàn)方法”。但這種統(tǒng)計(jì)隨著時(shí)間的延伸、產(chǎn)品技術(shù)的進(jìn)步是變化著的，實(shí)際并不真正 符合具體安裝點(diǎn)的工況；在使用中實(shí)際開斷電流是隨機(jī)的，如果實(shí)際開斷電流不符合274次開斷電流設(shè)定的大小、順序和次數(shù)，那么該 怎樣處置，怎么判斷電壽命是否到頭了；為了判斷電壽命是否到頭，仍舊不得不想辦法從274次各種開斷電流之間去找出電流之間 的轉(zhuǎn)換關(guān)系，這就又回到了上述想避開的難題。轉(zhuǎn)換關(guān)系不解決，電力部門想實(shí)施狀態(tài)檢修就無法實(shí)現(xiàn)了。  4.3　電壽命試驗(yàn)問題的焦點(diǎn) 　　各國向IEC 17A提出的方案我們認(rèn)為都比較實(shí)際，尤其是美國方案與我國很接近。由于采用不同的電壽命次數(shù)來分等級(jí)可以反映出不同質(zhì)量、不同水平的產(chǎn)品，因此讓用戶去選用其所需要的產(chǎn)品，實(shí)行優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)，這是最 合理的。問題在于不同開斷電流之間的互相轉(zhuǎn)換，有人認(rèn)為開斷一次額定短路開斷相當(dāng)于開斷10次10%額定短路開斷電流，也有人認(rèn)為相當(dāng)100次。所以認(rèn)為我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中電壽命次數(shù)太高了，比IEC新標(biāo)準(zhǔn)要求高得多，結(jié)果GB 1984—2003《高壓交流斷路器》標(biāo)準(zhǔn) 采納了這一建議。 實(shí)際對(duì)比試驗(yàn)也表明，按IEC標(biāo)準(zhǔn)做電壽命試驗(yàn)比按30次額定短路開斷電流進(jìn)行電壽命試驗(yàn)要容易通過。中國電壽 命試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)次數(shù)定為多少合理還有待討論，關(guān)鍵是要研究出折算轉(zhuǎn)換方法，那怕不那么精確，但只要實(shí)用，對(duì)用戶來說是很有用處的。致于IEC標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，從目前來看應(yīng)該說還存在很大的不合理性。 　　中國高壓開關(guān)IEC工作小組還應(yīng)繼續(xù)努力，并聯(lián)合其他國家 向IEC TC17A委員會(huì)提出電壽命試驗(yàn)應(yīng)采納中國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)試驗(yàn)方案的建議，直至建議被采納為止。 5　結(jié)論 綜上所述，斷路器電壽命試驗(yàn)在我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定是合理可行的，而且已執(zhí)行近20年，促進(jìn)了我國真空 斷路器和SF6斷路器的技術(shù)進(jìn)步，應(yīng)予保留。以IEC國際標(biāo)準(zhǔn)有了新規(guī)定，為使我國國家標(biāo)準(zhǔn)與國際接軌，也應(yīng)采納，以利于產(chǎn) 品出口。為使國家標(biāo)準(zhǔn)符合中國國情，又合理可行，建議GB 1984—2003《高壓交流斷路器》標(biāo)準(zhǔn)中E2級(jí)斷路器的規(guī)定按DL/T 402—1999《交流高壓斷路器訂貨技術(shù)條件》中E2級(jí)斷路器要求修訂，即IEC 62271-100《高壓交流斷路器》標(biāo)準(zhǔn)中的E2級(jí)斷路 器要求和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 403—2000《12 kV～40.5 kV高壓真空斷路器訂貨技術(shù)條件》中E2級(jí)斷路器電壽命試驗(yàn)的規(guī)定并列采用。