弧触头用耐弧金属材料制成，是一种常用的电器元件，多与主触头配合使用。大容量电容器组用断路器存在较大的关合涌流，与常规断路器相比，其关合预击穿电弧能量大，弧触头烧蚀得更严重，同时在电弧烧蚀后的高温下动、静弧触头还会发生机械摩擦，电弧烧蚀与机械摩擦均使弧触头质量受损和外形发生变化，产生较为严重的侵蚀。

大容量电容器组用断路器存在较大的关合涌流，与常规断路器相比，其关合预击穿电弧能量大，弧触头烧蚀得更严重，同时在电弧烧蚀后的高温下动、静弧触头还会发生机械摩擦，电弧烧蚀与机械摩擦均使弧触头质量受损和外形发生变化，产生较为严重的侵蚀。我国特高压系统用电容器组容量大，其使用的断路器最大关合涌流达到10kA，同时操作频繁，弧触头受侵蚀更快，断路器电寿命严重缩短，国内外均没有达到3000次操作要求的高寿命断路器满足特高压电容器组投切的需要。

研究满足要求的大容量电容器组用断路器需要进行关合侵蚀试验并获得受侵蚀弧触头的侵蚀状态，因此，研究有效的测量与评价弧触头侵蚀状态的方法是迫切需要的，同时，对于一般运行的断路器，弧触头侵蚀状态的测量与评价也是制定断路器检修策略的重要依据。回路电阻测量是常用来评价主触头状态的方法，不能反映弧触头的侵蚀状态。动态接触电阻(dynamic contact resistancemeasurement，DRM)并结合接触行程(或称超程)测量是国际上发展起来的一种评价弧触头状态的方法，该方法是利用断路器动作过程中弧触头先合后分的特点，测量弧触头高速运动过程中的动态接触电阻，依据测量的动态接触电阻评价弧触头的侵蚀状态。但是对于建立动态接触电阻与弧触头侵蚀状态之间关系的评价方法还较少，还需要进一步研究。

我国特高压系统用电容器组容量大，使用的断路器关合涌流大，关合侵蚀严重。对一台特高压系统用电容器组断路器进行1100 次10kA电流关合侵蚀试验后新旧弧触头的对比。

静弧触头前端受电弧的烧蚀，其长度直接减短1.5mm，前端22mm被动弧触指磨损呈尖锥状，受侵蚀的动弧触头内径增大1.7mm，将受侵蚀的静弧触头插入动弧触头，两者接触距离比新弧触头减小34mm。可将弧触头侵蚀变化分成两个方向，一个是轴向的变化，主要体现在静弧触头缩短、变尖，另一个是径向的变化，主要体现在静弧触头变细，动弧触头内径增大。

断路器弧触头接触电阻以往有采用基于球形接触面之间的接触电阻计算方法，动、静弧触头间的接触是金属材料的面与面接触，符合格林渥与威灵逊提出的表面凸丘分布的面接触数学模型，本文基于格林渥与威灵逊的面接触数学模型推导出了弧触头间接触电阻计算方法，能更准确的反映接触电阻与弧触头形貌结构的物理关系。

根据格林渥与威灵逊的模型，两个表面粗糙的弧触头接触可用一个具有大量微观凸丘的接触面与一个理想的光滑平面接触表示。由于触头间接触力较大，此处认为均发生了金属接触，不考虑表面膜的影响。

动弧触头内径小于静弧触头直径产生的触头间机械压力；由于动弧触头为8触指，电流经过动弧触指时产生分流，每个动弧触指通过的电流为1/8，同方向的电流使动弧触指间产生的电磁吸力；触头接触时，由于导电面积的改变，使电流线在接触点处产生收缩，进而产生的电斥力。由于动弧触头内径小于静弧触头直径，当静弧触头插入动弧触头时，动弧触指被挤压向外移动的距离。

弧触头在轴向的侵蚀会使接触行程减小，在径向的侵蚀会使动弧触指的位移量减小，接触电阻增大。因此，可采用接触电阻与接触行程来反映弧触头在径向与轴向的状态变化。由于正常断路器合闸时弧触头接触电阻无法测量，只有在分、合闸动作过程中利用弧触头先合后分的特点，采取动态接触电阻结合行程测量的方法(以下简称动态接触电阻测量)反映弧触头侵蚀状态在径向与轴向的变化。

动态接触电阻测量的方法是将断路器先合后分，测量合、分过程中的弧触头两端的电压、电流及动弧触头运动的行程信号，动态接触电阻为电压与电流的比值。

测量系统要求主要包括：测量电源采用12V蓄电池或超级电容器，内阻不大于1m；电压采集模块A/D转换位数采用16位；电流采集采用霍尔电流传感器；信号采样频率不小于20k。

行程、电流、动态接触电阻及电压曲线的起始阶段为断路器合闸，从弧触头接触开始电压急剧下降，电流上升，动态接触电阻由无穷大减小到微欧级；合闸稳定后断路器为合闸状态，持续时间约250ms，此时测量的接触电阻可视为静态接触电阻；250ms后断路器开始分闸，分闸从行程减小开始到电阻值为无穷大时结束，断路器完全分闸。在合闸阶段，弧触头间会发生碰撞及弹跳，接触不稳定，电阻值变化较大，分闸阶段，电阻值较稳定，因此，选择分闸阶段的动态接触电阻能更准确反映弧触头间的接触状态。

1.动态接触电阻评价方法

由于静弧触头直径变细，动弧触指位移量减小，触头间压力减小是动态接触电阻增大的主要因素，本文提出基于动、静弧触头间机械压力变化的弧触头动态接触电阻平均值评价方法，该方法可以避免接触行程明显减小时采用动态接触电阻与接触行程两者积作为判据造成的误判。

2.接触行程分析与评价方法

接触行程的获得方法是比较测量的动态接触电阻与行程曲线，从行程曲线的分闸起始点至动、静弧触头金属分离的距离为接触行程，取动态接触电阻增大到1m时表示动、静弧触头的金属分离。

根据模拟各种弧触头接触行程的测量结果可以看出，接触行程能够准确反映弧触头变短或变尖的变化，因此，对于接触行程的评价，可先测量新断路器接触行程作为原始值，再对受侵蚀的断路器接触行程进行测量，采取比对的方法获得侵蚀后的接触行程的变化。

综上所述，将动态接触电阻与接触行程的评价方法共同作为大容量电容器组用断路器弧触头侵蚀状态评价的方法，能够较好的反映弧触头在径向与轴向的侵蚀状态变化。

基于动、静弧触头间机械压力变化的弧触头动态接触电阻测量与评价方法，当动态接触电阻平均值大于450μΩ时，认为弧触头处于非正常状态，该方法优点是只根据动态接触电阻分析，减小了接触行程的影响；采用侵蚀前后比对的方法评价断路器弧触头的接触行程。将两者结合共同作为大容量电容器组用断路器弧触头侵蚀状态评价方法，能够较好的反映弧触头在径向与轴向的侵蚀状态变化。该方法也可用于常规运行断路器弧触头侵蚀状态的评价，指导制定断路器的检修策略。