斷路器低電壓分合閘測(cè)試方法探討

曹 陽(yáng)，高 琳，周 鵬

（1.山東電力超高壓公司，山東 濟(jì)南 250021；2.山東電子職業(yè)技術(shù)學(xué)校，山東 濟(jì)南 250014）

0 引言

斷路器低電壓分合閘測(cè)試是斷路器特性測(cè)試的一項(xiàng)重要內(nèi)容，主要用來(lái)考察斷路器線圈的靈敏性與可靠性，以及整個(gè)操作機(jī)構(gòu)在非額定動(dòng)作電壓下的動(dòng)作性能。根據(jù)DL/T593-1996《高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的共用訂貨技術(shù)導(dǎo)則》中關(guān)于操動(dòng)機(jī)構(gòu)的有關(guān)規(guī)定：操動(dòng)機(jī)構(gòu)的合閘電壓在（85%～110%）Un范圍內(nèi)時(shí)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)可靠合閘；電壓在大于65%Un時(shí)，斷路器應(yīng)可靠分閘，當(dāng)電壓小于30%Un時(shí)，斷路器應(yīng)不得分閘。這樣做一方面是由于二次直流系統(tǒng)在絕緣不良，高阻接地以及強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾等情況下，會(huì)在斷路器分合閘線圈兩端引入一個(gè)數(shù)值不大的直流電壓，當(dāng)線圈動(dòng)作電壓過(guò)低時(shí)，會(huì)引起斷路器誤分閘，俗稱“偷跳”［1］。另一方面是考察在直流系統(tǒng)容量由于某些原因降低時(shí)斷路器是否依然能可靠分合閘。

1 單一點(diǎn)測(cè)試與階梯測(cè)試比較

目前低電壓測(cè)試的常用方法是：將儀器電壓設(shè)定到測(cè)試所需電壓值，如30%電壓對(duì)應(yīng)的66 V，在分閘線圈兩端加壓觀察斷路器是否動(dòng)作。在檢查斷路器低電壓特性時(shí)，單獨(dú)考察30%、65%或者80%對(duì)應(yīng)的一點(diǎn)并不完全可靠。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作中曾遇到過(guò)這種情況，當(dāng)給線圈加66 V電壓看其是否分閘的時(shí)候，第一次66 V沒(méi)有動(dòng)作，第二次66 V卻動(dòng)作了。后來(lái)采用階梯測(cè)試考察線圈的動(dòng)作值，發(fā)現(xiàn)線圈的動(dòng)作值是一個(gè)從66～68 V的范圍，即線圈的動(dòng)作值有時(shí)是66 V，有時(shí)是68 V。以110 kV及以上等級(jí)斷路器常用的液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)為例，對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行理論分析。

分閘線圈通電后產(chǎn)生磁場(chǎng)能，作用在動(dòng)鐵心上使動(dòng)鐵心運(yùn)動(dòng)。當(dāng)動(dòng)鐵心接觸到液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)的一級(jí)閥時(shí)具有的動(dòng)能大于一級(jí)閥被打開(kāi)時(shí)所需要的能量時(shí)，一級(jí)閥被打開(kāi)，分閘成功［2］。此時(shí)的分合閘線圈電流曲線如圖1所示。

圖1 分合閘線圈電流波形曲線

由圖1，當(dāng)電流達(dá)到啟動(dòng)電流I1時(shí)，分合閘線圈兩端電壓即最低分閘電壓Umin。 設(shè)線圈電阻為Rcoil，則有

在不同的測(cè)試環(huán)境下，由于公式（1）中的參數(shù)會(huì)發(fā)生細(xì)微的變化，導(dǎo)致Umin發(fā)生變化。在圖2所示的操作方式中，如果試驗(yàn)線與端子排分合閘線圈對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)連接不緊，線圈與儀器自身的電壓源之間就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)過(guò)渡電阻，使Rcoil增大，進(jìn)而使產(chǎn)生啟動(dòng)電流I1所需的最低電壓Umin增大。

圖2 低電壓測(cè)試連接圖

同時(shí)，如果有外界干擾竄入試驗(yàn)回路時(shí)，試驗(yàn)儀器所加低電壓值在加上或者減去干擾電壓時(shí)才是真正產(chǎn)生啟動(dòng)電流 的電壓，故在不同試驗(yàn)中如果竄入干擾值也會(huì)導(dǎo)致低電壓的動(dòng)作值存在波動(dòng)而非某一個(gè)固定點(diǎn)。

由上分析，對(duì)30%測(cè)試即給線圈加66 V電壓時(shí)，應(yīng)該按照階梯測(cè)試的方法從小于66 V的一個(gè)值，如64 V開(kāi)始，以1 V、3 V或者5 V為間隔，階梯加壓直至斷路器分閘動(dòng)作為止，準(zhǔn)確考察分閘對(duì)應(yīng)的電壓值。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：

1）確保斷路器分閘電壓 比66 V大至少3 V以上，保證線圈在多次的30%低電壓分閘測(cè)試時(shí)均不動(dòng)作。

2）將65%分閘動(dòng)作的測(cè)試同時(shí)進(jìn)行。雖然只得到了一個(gè)斷路器動(dòng)作的數(shù)值，如75V動(dòng)作，但是卻同時(shí)檢測(cè)了30%分閘不動(dòng)作和65%分閘動(dòng)作兩種特性。并且判斷出動(dòng)作數(shù)值并不在對(duì)應(yīng)30%（66 V）與65%（143 V）的邊緣位置，如67 V動(dòng)作或者142 V動(dòng)作，即確保了低電壓測(cè)試30%分閘不動(dòng)作和65%分閘動(dòng)作100%可靠。

3）目前越來(lái)越多的電力廠家、施工及管理單位出示的報(bào)告是具體的低電壓分合閘動(dòng)作數(shù)值，而不只是邏輯上的“動(dòng)作”與“不動(dòng)作”，如圖3所示。如果只進(jìn)行邏輯上的低電壓“動(dòng)作”或者“不動(dòng)作”的測(cè)試，就無(wú)法對(duì)廠家或者施工單位出具的報(bào)告進(jìn)行有效的比對(duì)。

圖3低電壓測(cè)試報(bào)告

4）將多次測(cè)試的分合閘測(cè)試數(shù)值進(jìn)行比較，還可以實(shí)現(xiàn)離線的長(zhǎng)期檢測(cè)。即通過(guò)多次低電壓測(cè)試值的比較，觀察分合閘回路參數(shù)有無(wú)變化［3］，進(jìn)而對(duì)斷路器的運(yùn)行狀態(tài)作出實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)。如斷路器分閘時(shí)對(duì)應(yīng)的線圈電壓值從70 V逐漸增加為80 V，可以判斷分合閘線圈的電阻值在逐漸增大或者一級(jí)閥油路部分出現(xiàn)了卡澀。相對(duì)于投入大量資金進(jìn)行分合閘線圈電流在線監(jiān)測(cè)的方法［3］，用低電壓測(cè)試儀器準(zhǔn)確記錄多次低電壓測(cè)試數(shù)據(jù)，而非“30%不動(dòng)作”等邏輯術(shù)語(yǔ)，是一種比較經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)性能的方案。

2 單相低電壓測(cè)量與三相低電壓測(cè)量比較

由于斷路器為A、B、C三相，故低電壓測(cè)試有單相測(cè)試和三相同時(shí)測(cè)試兩種方式。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員傾向于三相一起作低電壓測(cè)試。在《電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》［4］第 10.0.12-4和 10.0.12-5表中，規(guī)定對(duì)各種操動(dòng)機(jī)構(gòu)低電壓試驗(yàn)的操作都要重復(fù)進(jìn)行3次，以保證操作的可靠性，因此三相同時(shí)進(jìn)行低電壓測(cè)試可以節(jié)約時(shí)間?？勺鐾扑闳缦拢悍珠l回路兩個(gè)線圈，要測(cè)30%電壓可靠不分閘和65%電壓可靠分閘；合閘回路一個(gè)線圈，要測(cè)80%電壓可靠合閘。如果單相作，對(duì)一臺(tái)斷路器，進(jìn)行的測(cè)試共有（2個(gè)分閘線圈×2種測(cè)試×3次＋1個(gè)合閘線圈×1種測(cè)試×3次）×3相＝45次，而如果三相一起做，則需要測(cè)的次數(shù)為45/3=15次，一臺(tái)斷路器就可以節(jié)省30次操作。如果連續(xù)進(jìn)行多臺(tái)斷路器的測(cè)試驗(yàn)收，可節(jié)省的操作次數(shù)會(huì)更多。同時(shí)，對(duì)于本文第一節(jié)說(shuō)提到的階梯法測(cè)低電壓，如果每一相都從30%對(duì)應(yīng)的66 V開(kāi)始階梯加壓直至斷路器動(dòng)作，單相操作與三相操作的次數(shù)差別會(huì)更大。

但是三相同時(shí)作低電壓測(cè)試存在以下兩個(gè)缺點(diǎn)：

1）三個(gè)試驗(yàn)端子同時(shí)測(cè)試，存在著某一試驗(yàn)端子接觸不牢靠的情況。這在分閘30%電壓下斷路器不動(dòng)作測(cè)試時(shí)，會(huì)產(chǎn)生無(wú)法判斷試驗(yàn)結(jié)果是否正確的問(wèn)題。三相一起測(cè)試時(shí)，需要兩手將三個(gè)試驗(yàn)端子對(duì)接于分合閘線圈正端對(duì)應(yīng)的107 A（137 A），107 B（137 B），107 C（137 C）。很多廠家的端子排孔設(shè)計(jì)需要用手施加壓力使試驗(yàn)端子與端子排對(duì)應(yīng)孔緊密接觸。三相同時(shí)測(cè)試由于手指分開(kāi)用力的原因，有些時(shí)候某一相對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)端子和端子排對(duì)應(yīng)接點(diǎn)會(huì)接觸不良，導(dǎo)致電壓無(wú)法施加使斷路器不動(dòng)作，如圖4。

圖4 低電壓現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)二次接線

試驗(yàn)端子接觸不牢在斷路器機(jī)械特性測(cè)試時(shí)也經(jīng)常出現(xiàn)。即由于試驗(yàn)端子與端子排對(duì)應(yīng)插孔接觸不良，測(cè)試三相只有兩相出結(jié)果；接著單獨(dú)測(cè)試不動(dòng)作的一相時(shí)才顯示完整的分合閘時(shí)間。

在分閘30%可靠不動(dòng)作這一項(xiàng)測(cè)試時(shí)，如果有一相分閘30%低電壓性能不符合要求，但是使用三相共同測(cè)試而恰好對(duì)應(yīng)相的試驗(yàn)端子沒(méi)有接觸牢固，造成的結(jié)果也是三相都不動(dòng)作，表面上看符合要求，但卻把存在的某一相30%額定電壓下分閘線圈動(dòng)作的缺陷給掩蓋了。而這一缺陷的保留后果是非常嚴(yán)重的。30%額定電壓下分閘線圈不動(dòng)作考察的是斷路器線圈抗外界電磁干擾及直流接地的能力，如果線圈在此方面有缺陷就有可能造成斷路器受外界干擾而跳閘而使部分電網(wǎng)停電的嚴(yán)重后果。

2）單相進(jìn)行低電壓測(cè)試，可以檢查一些二次配線的錯(cuò)誤。以一次低電壓測(cè)試問(wèn)題為例，在某變電站對(duì)斷路器進(jìn)行單相低電壓測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)測(cè)試B相低電壓時(shí)，C相斷路器跳閘；而測(cè)試C相低電壓時(shí)B相卻跳閘。經(jīng)回路檢查后發(fā)現(xiàn)配線人員將B相和C相的二次線接反了。發(fā)現(xiàn)如果采用三相同時(shí)操作驗(yàn)收低電壓，卻不會(huì)發(fā)現(xiàn)相序配線錯(cuò)誤的問(wèn)題。因?yàn)榧僭O(shè)BC兩相配線錯(cuò)誤，但兩個(gè)線圈本身的低電壓特性良好，由于是三相同時(shí)加壓，因此配線出錯(cuò)的兩相都會(huì)動(dòng)作，而將相序出錯(cuò)的問(wèn)題掩蓋掉，如圖5所示。

圖5 三相同時(shí)測(cè)試無(wú)法檢查相序接線錯(cuò)誤

相序接反造成的影響也是非常惡劣的。統(tǒng)計(jì)資料表明，單相瞬時(shí)性故障占整個(gè)電網(wǎng)故障的81%。假設(shè)此時(shí)某斷路器B相出現(xiàn)了單相瞬時(shí)性故障，重合閘就會(huì)正常送電。但是由于接線的錯(cuò)誤，保護(hù)裝置跳閘和重合的卻是C相。這會(huì)導(dǎo)致B相變成永久性故障而增大停電時(shí)間，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失［5］。而另一方面二次配線出錯(cuò)在斷路器整體安裝時(shí)有存在的可能性，因?yàn)樯a(chǎn)廠家一般都是將設(shè)備運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后就地配線，每一個(gè)開(kāi)關(guān)間隔的控制箱和匯控柜都有幾十條二次線要連接，如果在安裝工期不寬裕的情況下進(jìn)行許多開(kāi)關(guān)間隔的二次配線，就無(wú)法保證每次都100%的接對(duì)。這就需要斷路器設(shè)備的交接驗(yàn)收人員盡可能通過(guò)自己的細(xì)致工作，檢查設(shè)備各方面的運(yùn)行情況來(lái)發(fā)現(xiàn)配線的缺陷。雖然驗(yàn)收規(guī)程有一項(xiàng)是單相跳閘測(cè)試來(lái)檢查接線，但是由于現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收的專業(yè)很多，工作繁重，所以用單相逐個(gè)低電壓測(cè)試來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)收三相的配線是否正確，會(huì)增加驗(yàn)收的可靠性，提高斷路器的使用質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

斷路器低電壓分合閘測(cè)試時(shí)，應(yīng)該采用階梯形加壓的方式，同時(shí)單相逐個(gè)進(jìn)行。雖然操作次數(shù)相對(duì)于三相同時(shí)測(cè)試的做法要多，但是這樣做既可以對(duì)分合閘動(dòng)作值有準(zhǔn)確的歷史記錄，便于查詢、比較和判斷；又可以避免出現(xiàn)30%分閘測(cè)試誤判以及分合閘回路二次配線出錯(cuò)等問(wèn)題，因此階梯加壓并單相測(cè)試更能達(dá)到斷路器低電壓分合閘試驗(yàn)的根本目的。

［1］ 郭賢珊,李仲夫.斷路器“偷跳”分析及改造［J］.高電壓技術(shù)，2000，26（1）.

［2］ 王文勇.液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)分閘動(dòng)作電壓限值的改進(jìn)［J］.高壓電器，2008，44（1）.

［3］ 郭賢珊.斷路器最低動(dòng)作電壓在線監(jiān)測(cè)［J］.華中電力，2001，14（5）.

［4］ GB50150-91電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn).

［5］ 束洪春，孫士云.單相重合時(shí)序?qū)ο到y(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2007，27（3）.