淺談高壓斷路器的偷跳分析及改造

解慶增，姜道省，李菲菲，李慶義

（1.山東兗礦國際焦化有限公司，山東 濟(jì)寧 272100；2.南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250000）

1 前言

DL/T596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》規(guī)定:“高壓斷路器操動機(jī)構(gòu)分、合閘電磁鐵或合閘接觸器端子上的最低動作電壓應(yīng)在操作電壓額定值30%～65%之間”。GB50190-91《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)》也規(guī)定:“直流或交流的分閘電磁鐵，在其線圈端鈕處測得的電壓大于額定值的65%時，斷路器應(yīng)可靠分閘；當(dāng)此電壓小于額定值的30%時，不應(yīng)分閘”。

某些SF6斷路器的液壓機(jī)構(gòu)的分閘回路是線圈串有電阻，如平開的LW6-500型，110VDC操作電源，分閘回路為分閘線圈（18Ω）外串32Ω電阻。一般認(rèn)為最低動作電壓為分閘回路（包括串聯(lián)電阻）全電壓，如果最低動作電壓為30%Un時，分閘線圈兩端的動作電壓僅為11.88V，顯然難以滿足抗干擾的需要，有可能出現(xiàn)由于分閘線圈最低動作電壓過低，斷路器在強(qiáng)電磁干擾下“偷跳”現(xiàn)象。據(jù)不完全統(tǒng)計，葛洲壩大江電廠開關(guān)站10年來開關(guān)偷跳累計達(dá)17次，在對葛洲壩換流站5061斷路器進(jìn)行修復(fù)、調(diào)試期間，發(fā)現(xiàn)5061斷路器3天內(nèi)偷跳達(dá)5次。

2 分析

如在不改變斷路器動作特性的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高分閘線圈上的最低動作電壓，則可增強(qiáng)斷路器分閘回路的抗干擾能力，使之能滿足如下要求:

（1）提高分閘線圈兩端的最低動作電壓，期望在30%Un（Un為額定電壓）左右；

（2）分閘線圈串上電阻后分閘回路兩端的最低動作電壓不能超過65%Un；

（3）更換分閘線圈后，斷路器的分閘時間等動作特性應(yīng)符合規(guī)程要求；

（4）分閘線圈符合分閘電流通流能力的要求，防跳繼電器（TBJ啟動電流為1A）可靠動作。

當(dāng)操動機(jī)構(gòu)的分閘閥不改變時，其所需最小開始動作的力F和機(jī)械功W將保持不變［1］。

在電磁鐵參數(shù)不變時有:

式中，Gδ0為電磁鐵在吸合位置的磁導(dǎo)；Gδm為電磁鐵在釋放位置的磁導(dǎo)；z，l為電磁鐵的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

由式（1）、（3）可知，若不改變操動機(jī)構(gòu)的動作特性，就要保持分閘線圈的IN（安匝數(shù)）不變，在此前提下提高分閘線圈上的最低動作電壓，有兩種方法:

（1）改變閥結(jié)構(gòu)，使分閘閥啟動所需的力F和機(jī)械功W增加，這樣由式（1）、（3）可知，如線圈匝數(shù)N和其他參數(shù)不變時，就會提高分閘電磁鐵開始動作時所需的啟動電流Id，從而提高了分閘線圈上的最低動作電壓；

（2）更換線圈，根據(jù)式（1）、（2）、（3）知，分閘閥啟動所需的力F和靜態(tài)機(jī)械功W不變時如改變分閘線圈，則更換前后兩分閘線圈的IN應(yīng)不變，故

兩不同分閘線圈R'2、R″2上的最低動作電壓為:

由式（4）、（5）有:

因此，在保證線圈通流能力的前提下適當(dāng)減小線圈線徑，即可保持分閘線圈匝數(shù)變化不大而提高分閘線圈的電阻值，從而提高分閘線圈上的最低動作電壓，且滿足操動機(jī)構(gòu)對分閘線圈的要求。

第一種方法效果較好，但由于要改變閥結(jié)構(gòu)，實施較困難；第二種方法需要更換分閘線圈，實施較容易，但由于整個分閘回路電阻增加了，回路電流減小，分閘回路的輸入功率P也減小，從整個動態(tài)分閘過程來看［2］，會減小操動機(jī)構(gòu)的分閘功，從而延長了分閘時間td，效果可能要差一些。為此需要適當(dāng)增加線圈匝數(shù)來加大分閘電磁鐵的吸力和機(jī)械功，以改善其性能?，F(xiàn)就第二種方法進(jìn)行討論。

以葛洲壩換流站交流場5061（LW6-500型）斷路器為例，其操作電壓為110VDC，分閘線圈規(guī)格為:0.35mm2線徑、1000匝、18Ω，外串32Ω 電阻，未更換分閘線圈前經(jīng)試驗測量，發(fā)現(xiàn)5061偷跳相（A相）副分閘線圈兩端動作電壓U2僅約為15V，而其他兩相的主、副分閘線圈兩端動作電壓U1和U2也均在20V左右，測量結(jié)果見表1。據(jù)判斷可能是由于分閘線圈兩端的最低動作電壓過低，在變電站的強(qiáng)電磁干擾下引起斷路器誤動。因此，決定對5061的分閘線圈進(jìn)行改造，初步選定0.31mm2線徑、1300 匝、30Ω 的線圈，外串30Ω電阻的方案。由式（6）可知其分閘線圈上的最低動作電壓將會提高，但是由于分閘回路電阻增大，分閘時間td也會變長。

表1 5061更換分閘線圈前分閘線圈最低動作電壓，V

為了分析方便，我們與廠家協(xié)商提出了六種更換線圈的配置方案（主、副分閘線圈相同）進(jìn)行比較試驗，平頂山高壓開關(guān)廠對其分別做了動作特性研究試驗，考核其分閘時間、最低動作電壓，及高油壓低電壓開關(guān)是否可靠動作等。最后確認(rèn)，對LW6-500、操作電源為110VDC的SF6斷路器，0.31mm2線徑、1300匝、30Ω的線圈，外串30Ω電阻的方案比較合適（廠方最低動作電壓試驗見表2）。

表2 改進(jìn)方案分閘回路最低動作電壓V

葛洲壩換流站5061斷路器更換分閘線圈后，其試驗結(jié)果如下所示:

線圈試驗表明:更換了分閘線圈后，斷路器的分閘時間、同期、金屬短接時間以及高油壓低電壓下斷路器動作情況均滿足規(guī)程要求；提高了分閘線圈上的最低動作電壓；增強(qiáng)了斷路器的抗干擾能力；斷路器的分閘時間比原來變長了（見表3）。5061斷路器自1998年6月改造投運以來，至今未出現(xiàn)“偷跳”。

表3 5061斷路器更換分閘線圈前后分閘時間ms

表4 更換分閘線圈后5061分閘線圈最低動作電壓V

3 結(jié)論

對于分閘回路串有電阻的高壓斷路器，在滿足規(guī)程的動作特性要求條件下，適當(dāng)提高分閘線圈的電阻值，使分閘線圈兩端的最低動作電壓盡量接近30%Un，分閘回路（包括串聯(lián)電阻）兩端的最低動作電壓應(yīng)大于30%Un，小于65%Un，這樣在滿足分閘回路的通流能力要求和其它斷路器動作特性要求的情況下，分閘線圈的最低動作電壓將大大提高，既滿足了規(guī)程的要求，抗干擾的能力也得到加強(qiáng)。

［1］清華大學(xué)高壓教研組.高壓斷路器（下冊）［M］京：電力工業(yè)出版社.

［2］DL/T405-1996.進(jìn)口252（245）－550kV交流高壓斷路器和隔離開關(guān)技術(shù)規(guī)范［Z］.