真空斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)方法的改進(jìn)研究

張曉鵬 高繼樂

摘要：本實(shí)驗(yàn)在真空斷路器試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求下對真空斷路器的機(jī)械特性試驗(yàn)方法進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致試驗(yàn)時間長的原因主要集中在斷路器的二次航空插頭插針排列密集、接線回路復(fù)雜上。這兩個因素導(dǎo)致試驗(yàn)延長的時間占所有因素的90%左右。針對這兩個因素，本實(shí)驗(yàn)對真空斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)過程、結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)研究并進(jìn)行了改進(jìn)。結(jié)果分析及提出的改進(jìn)意見對真空斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)有指導(dǎo)意義和應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：真空斷路器；機(jī)械特性試驗(yàn)方法；改進(jìn)

作者簡介：張曉鵬（1989-），男，山東蓬萊人，國家電網(wǎng)山東東營市河口區(qū)供電公司，助理工程師；高繼樂（1981-），男，山東利津人，國家電網(wǎng)山東東營市河口區(qū)供電公司，助理工程師。（山東 東營 257200）

中圖分類號：TM561.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）06-0266-02

國家電網(wǎng)成立后，電網(wǎng)迅猛發(fā)展，規(guī)模不斷壯大。35kV系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)雙電源環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，10kV系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)手拉手，部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)“網(wǎng)格化”供電，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，供電能力大幅提高。隨著我國農(nóng)網(wǎng)改造工程的不斷推進(jìn)，農(nóng)網(wǎng)改造的領(lǐng)域和深度也逐漸擴(kuò)大。但由于農(nóng)村用電負(fù)荷小，面積廣，因此35kV/10kV供電方式在廣大的農(nóng)村地區(qū)仍將長期存在。[1]隨著電網(wǎng)的迅速發(fā)展，對變電站電力設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)時產(chǎn)生的問題日益顯現(xiàn)，其中以斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)最為突出。

高壓斷路器是電力系統(tǒng)中重要的控制設(shè)備。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時，它能切斷和接通線路以及各種電氣設(shè)備的空載和負(fù)載電流；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，它和繼電保護(hù)配合，能迅速切斷故障電流，以防止擴(kuò)大事故范圍。因此，高壓斷路器的好壞直接影響到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。[2]電網(wǎng)中高壓斷路器的運(yùn)行數(shù)量多，運(yùn)行條件和技術(shù)要求比較復(fù)雜，其運(yùn)行可靠性不僅關(guān)系到高壓斷路器本身，而且影響到其他設(shè)備乃至整個電網(wǎng)。

國家電網(wǎng)電力科學(xué)研究院對高壓開關(guān)事故的統(tǒng)計(jì)表明，80%的高壓斷路器故障是由于機(jī)械特性不良引起的。同時，隨著高壓斷路器技術(shù)的發(fā)展，本體（即電氣絕緣部分）故障率大幅度下降，故障主要集中在其操作機(jī)構(gòu)部分，而操作機(jī)構(gòu)的動作狀況也可通過機(jī)械特性試驗(yàn)準(zhǔn)確地得到反映。因此，對高壓斷路器的機(jī)械特性進(jìn)行測試是一項(xiàng)很重要的工作。高壓開關(guān)機(jī)械特性試驗(yàn)包括分合閘時間、三相同期性、彈跳次數(shù)、行程等，目的是檢測高壓開關(guān)的可靠性，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果判斷高壓開關(guān)是繼續(xù)使用、維修或更換。其中10kV KYN28型開關(guān)柜在10kV線路中廣泛運(yùn)用，但對其中的斷路器進(jìn)行機(jī)械特性試驗(yàn)時，試驗(yàn)時間較長，斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)效率較低。[3]

為了提高試驗(yàn)人員工作效率，確保人員和設(shè)備安全，盡量減少人為因素造成的短路、誤動等危險點(diǎn)。本文基于對國際電工委員會（IEC）制定的高壓斷路器關(guān)合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的理解和認(rèn)識，對10kV KYN28型開關(guān)柜斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，給出了提高試驗(yàn)效率縮短試驗(yàn)時間的方法。

一、斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)情況調(diào)查

在現(xiàn)場試驗(yàn)中，斷路器的機(jī)械試驗(yàn)主要包括機(jī)械操作試驗(yàn)、機(jī)械特性試驗(yàn)兩部分。機(jī)械操作試驗(yàn)是斷路器處于空載（即主回路沒有電壓、電流）情況下進(jìn)行的各種操作性試驗(yàn)，目的是驗(yàn)證斷路器機(jī)械性能及操作可靠性的試驗(yàn)。機(jī)械特性實(shí)驗(yàn)主要包括分合閘時間和同期性、分合閘速度及分合閘動作電壓的測試。[4]

2012～2013年春秋檢在對河口區(qū)所轄變電站的10kV KYN28型開關(guān)柜中的斷路器進(jìn)行機(jī)械特性試驗(yàn)時，對試驗(yàn)時間造成影響的原因主要集中在斷路器的二次航空插頭接線密易短路、誤碰相鄰插針上。2012年春檢所有原因造成試驗(yàn)時間延長的次數(shù)為64次，共計(jì)754分鐘。由于上述兩種因素造成試驗(yàn)時間延長的次數(shù)為57次，占延長總次數(shù)的89.06%；造成試驗(yàn)延長時間共計(jì)697分鐘，占延長總時間的92.44%。2012年秋檢所有原因造成試驗(yàn)時間延長的次數(shù)為65，共計(jì)768分鐘。由于上述兩種因素造成試驗(yàn)時間延長的次數(shù)為57次，占延長總次數(shù)的87.69%；造成試驗(yàn)延長時間共計(jì)699分鐘，占延長總時間的91.02%。2013年春檢所有原因造成試驗(yàn)時間延長的次數(shù)為53次，共計(jì)633分鐘。由于上述兩種因素造成試驗(yàn)時間延長的次數(shù)為51次，占延長總次數(shù)的96.22%；造成試驗(yàn)延長時間共計(jì)617分鐘，占延長總時間的97.47%。

我公司2012～2013年春、秋檢時，對10kV KYN28型開關(guān)柜中的斷路器進(jìn)行機(jī)械特性試驗(yàn)的時間最短為22分鐘，平均最短時間為27.8分鐘；本市其他供電公司的相關(guān)時間最短為22分鐘，平均最短時間為24.8分鐘。

對10kV KYN28型開關(guān)柜中的斷路器進(jìn)行機(jī)械特性試驗(yàn)的時間造成影響的原因集中在斷路器的二次航空插頭接線密易短路、誤碰相鄰插針上，占目前造成試驗(yàn)時間延長總次數(shù)的85%以上，占目前造成試驗(yàn)時間延長總時間的90%以上。如果去除這兩個因素的影響，2012年春檢相關(guān)試驗(yàn)的平均時間則為28.8-697/106=22.22（分鐘），2012年秋檢的平均時間則為29.2-699/106=22.6（分鐘），2013年春檢的平均時間則為27.8-617/106=21.98（分鐘）。

二、斷路器機(jī)械特性改進(jìn)試驗(yàn)

隨著社會的發(fā)展，人們對用電安全的可靠性要求越來越高，高壓斷路器在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著控制和保護(hù)的雙重任務(wù)，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。對高壓斷路器的機(jī)械特性實(shí)驗(yàn)也提出了較高的要求。然而，在實(shí)際高壓斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)中的斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)的方法存在較多實(shí)際問題，影響了機(jī)械特性試驗(yàn)的質(zhì)量和效率。針對高壓斷路器機(jī)械故障相對頻繁的特點(diǎn)對高壓斷路器機(jī)械特性實(shí)行了改進(jìn)。針對某公司10kV KYN28型開關(guān)柜中的斷路器進(jìn)行機(jī)械特性試驗(yàn)的時間造成影響的原因并給出了高壓斷路器機(jī)械特性的一種改進(jìn)方法。

1.原因分析

從機(jī)械特性試驗(yàn)過程可以看出：造成人員進(jìn)行斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)時間長的末端原因共有以下方面：

（1）GDZ-58插針排列密集，易造成短路損壞試驗(yàn)設(shè)備：10kV KYN28型開關(guān)柜一般配置VS1等手車式斷路器。該斷路器具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活方便、操作可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，但在測試其機(jī)械特性時，分合閘操作回路、儲能回路不易接線。一般是通過其GDZ-58型二次插針處進(jìn)行夾線。但是這樣由于GDZ-58型二次插座插針排列多而且密集，插針間的距離不到1cm，極易造成分合閘線與公共電源線短路，燒毀試驗(yàn)設(shè)備。

（2）接線回路復(fù)雜，易燒毀元器件：10kV KYN28型開關(guān)柜一般配置VS1型斷路器。該斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含大量直流、交流、電路板、諸多電子元器件。大部分電子元器件都屬于±24、±12V工作電壓，而試驗(yàn)設(shè)備操作分合閘回路電壓為±220V。其GDZ-58型二次插座插針排列多而且密集，操作過程極易誤碰觸及其他插針，造成弱電回路過電壓，燒毀電路板和電子元器件，造成不必要的損失。

（3）任務(wù)重，時間緊，惡劣環(huán)境，缺少完善的試驗(yàn)方法，沒有制定詳細(xì)的管理辦法。

2.制定對策

GDZ-58插針排列密集易造成短路損壞試驗(yàn)設(shè)備。據(jù)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)時間長受此原因影響占45%左右。改進(jìn)試驗(yàn)方法增加可移動GDZ-58插座。

3.對策實(shí)施

根據(jù)制定對策進(jìn)行實(shí)施：通過認(rèn)真分析研究10kV KYN28型開關(guān)柜結(jié)構(gòu)并對歷年其斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)過程、結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)研究，實(shí)驗(yàn)中制作了一個與GDZ-58型二次插針相配套的可移動二次插座。首先選用可與GDZ-58型二次插針相配套的二次插座；其次，將所有插座中58個插針全部用2.5mm2硬銅線引出，并分別打上1、2、3……等線號以便接線區(qū)分；最后，用PVC膠帶將出線端纏繞以防止線間短路。如圖1、圖2所示。

傳統(tǒng)做斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)的方法由于插針排列緊密，接線回路復(fù)雜，容易造成短路。改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)：可移動的二次航空插座可以隨便調(diào)節(jié)插針接線，可以更改接線方式而不會造成插針間短路；靈活方便，便于攜帶，便于使用；經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，方便可行。

4.現(xiàn)場試驗(yàn)測試并分析測試結(jié)果

查看每個有10kV KYN28型開關(guān)柜及配套斷路器的變電站相關(guān)圖紙，確定每個變電站進(jìn)行斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)的接線線號，進(jìn)行相關(guān)記錄，方便以后試驗(yàn)。班組試驗(yàn)人員挑選10組10kV KYN28型開關(guān)柜進(jìn)行斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，查看新裝置性能效果。根據(jù)10組試驗(yàn)效果，發(fā)現(xiàn)新做GDZ-58型二次插座方便快捷、安全可靠，極大提高了試驗(yàn)效率。

5.效果檢查

針對二次航空插頭插針排列密集進(jìn)行試驗(yàn)方法改進(jìn)后，接線回路復(fù)雜的問題得到了有效控制，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1、表2。

表1 改進(jìn)后斷路器進(jìn)行機(jī)械特性試驗(yàn)時間統(tǒng)計(jì)表

1 2 3 合計(jì)

總試驗(yàn)（次數(shù)） 42 43 44 129

試驗(yàn)平均時間（m） 22.5 21.3 20.5

總試驗(yàn)平均時間（m） 21.43

表2 綜合改進(jìn)前后的試驗(yàn)時間統(tǒng)計(jì)表

2012年春檢 2012年秋檢 2013年春檢 改進(jìn)后

斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)時間（m） 28.8 29.2 27.8 21.43

通過表1、表2可以得出，進(jìn)行試驗(yàn)方法改進(jìn)后二次航空插頭插針排列密集、接線回路復(fù)雜的問題得到了有效控制，提高了人員和設(shè)備的安全系數(shù)，明顯縮短了斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)時間。針對自主研制的GDZ-58型二次插座效果良好，可以在以后試驗(yàn)及相近試驗(yàn)推廣。比如35kV站內(nèi)開關(guān)KYN型開關(guān)柜也將此方法加以利用改進(jìn)。

三、結(jié)論

斷路器是電力系統(tǒng)中重要的控制和保護(hù)設(shè)備，也是變電站里機(jī)械和電氣動作最頻繁的設(shè)備，其安全可靠運(yùn)行具有十分重要的工程實(shí)際意義。統(tǒng)計(jì)分析表明，10kV KYN28型開關(guān)柜及配套斷路器的變電站的機(jī)械特性試驗(yàn)中二次航空插頭插針排列密集、接線回路復(fù)雜的問題影響了試驗(yàn)的質(zhì)量和效率。本試驗(yàn)針對該問題進(jìn)行了改進(jìn)，使得二次航空插頭插針排列密集、接線回路復(fù)雜的問題得到了有效控制，提高了人員和設(shè)備的安全系數(shù)，明顯縮短了斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)時間。并且針對自主研制的GDZ-58型二次插座效果良好，可以在以后試驗(yàn)及相近試驗(yàn)推廣，比如35kV站內(nèi)開關(guān)KYN型開關(guān)柜也將按此方法加以利用改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]韋春霞.35kv變電站設(shè)計(jì)方案優(yōu)化探討[J].科技資訊，2008，（35）.

[2]黎峰.高壓斷路器液壓機(jī)構(gòu)故障檢查處理的技術(shù)探討[J].電氣開關(guān)，2009，（5）.

[3]賀政.高壓斷路器機(jī)械特性測試的意義及實(shí)踐[J].電力安全技術(shù)，2012，（8）.

[4]劉皓宇，金長星.高壓開關(guān)分合閘同期性測試系統(tǒng)[J].高壓電技術(shù)，2005，（1）.

（責(zé)任編輯：王祝萍）