對罐式雙斷口斷路器分合閘同期性測試的研究

田小航

(云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司，昆明 650217)

0 前言

本文通過對分、合閘時間檢測原理的分析，提出計劃性檢修中SF6罐式雙斷口斷路器所開展的同期性測試存在弊端，無法判斷同期性是否滿足規(guī)程要求。針對這一測試弊端展開探討，提出通過加裝斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)可有效地監(jiān)測各斷口的機械特性，同時為狀態(tài)檢修提供了狀態(tài)預(yù)知等技術(shù)支持。

1 同相各斷口間同期性差別大

同相斷口間的分合閘不同步時間差別太大，將嚴(yán)重影響斷路器本身的安全運行。相關(guān)規(guī)程對于斷路器的時間參量同期性測試做出了明確要求［1］。雖然在110 kV 及以上電網(wǎng)中所采用的多斷口斷路器，每個斷口上均裝有均壓電容器，對每個斷口的電壓分布作了強制均壓，但是在開斷過程中發(fā)生了較大的不同步，甚至有一個斷口的觸頭沒有分開，其結(jié)果相當(dāng)于應(yīng)由n 個斷口承受的恢復(fù)電壓，而由n－1 個斷口來承受，使其開斷時觸頭間承受的恢復(fù)電壓超過了允許值而無法快速熄滅電弧，甚至造成無法熄滅電弧從而導(dǎo)致斷路器爆炸的嚴(yán)重事故。因此多斷口斷路器在交接試驗、預(yù)防性試驗及大修后的試驗中，開展同相各斷口分合閘時間及同期性測量是必要的。

2 雙斷口斷路器分合閘時間測試

目前，500 kV 斷路器大多為雙斷口設(shè)備，在熄弧時兩個斷口各自承擔(dān)一半的滅弧功能，從而減小每一個斷口的電壓將，使每段的弧隙恢復(fù)電壓降低，保證觸頭及整個滅弧室的開斷性能。

針對敞開式雙斷口斷路器時間參量的測試，現(xiàn)階段使用的都是一種通用的雙地回路信號檢測方法，如圖1 所示。要求每一個斷口必須有一端接地，即在斷口的一端發(fā)出信號，通過區(qū)分回路的電位變化情況，進而識別出對應(yīng)斷口各自的分、合閘時間參數(shù)以及同相斷口間的同期性。

圖1 雙地回路檢測原理圖

對于SF6罐式雙斷口斷路器，由于設(shè)備結(jié)構(gòu)的特殊性，連接兩個斷口間的導(dǎo)電桿處于氣室內(nèi)部，充滿SF6氣體，在不抽氣的情況下無法引出中間電位點能構(gòu)成雙地回路監(jiān)測通道。針對此類雙斷口斷路器，現(xiàn)場定檢預(yù)試中只能采用單回路測試方法，如圖2 所示。當(dāng)信號從斷路器一端的三相試驗線發(fā)出時，通過斷路器另一端的信號接地與儀器保護接地構(gòu)成單一的測試回路，進而測出某單一斷口的分、合閘時間參數(shù)，這樣的測試結(jié)果既無法判斷此時間參數(shù)的所屬斷口，更無法得出同相間斷口1 和斷口2 的同期性。因此并不能有效地判斷各斷口的機械特性健康狀況。

圖2 單回路檢測原理圖

當(dāng)斷路器合閘時，第一個斷口合閘試驗線夾A、C 兩端并沒有發(fā)生電位變化，只有當(dāng)合閘時間慢的那個斷口也合上時電位試驗夾A、C 兩端電位才會變化，如圖3 所示。此時假設(shè)斷口1 比斷口2 合閘快，在不考慮導(dǎo)體內(nèi)阻及斷口接觸電阻的情況下，當(dāng)斷口1 合閘時，ΔU1=0，ΔU2≠0，ΔU總=ΔU2≠0;當(dāng)斷口2 合閘時，ΔU2=0，ΔU1=0，ΔU總=ΔU2=0。由于合閘考量的是最短時間內(nèi)使ΔU總=0 的斷口，所以得到的測量值考察的是合閘時間慢的斷口2 的合閘時間;同理假設(shè)斷口2 比斷口1 合閘快，得到的測量值考察的是合閘時間慢的斷口1 的合閘時間。

當(dāng)斷路器分閘時，第一個斷口分閘試驗線夾A、C 兩端立刻發(fā)生電位變化，當(dāng)分閘時間慢的那個斷口也分開時電位試驗夾A、C 兩端電位已不再變化，如圖3 所示。此時假設(shè)斷口1 比端口2 分閘快，在不考慮導(dǎo)體內(nèi)阻及斷口接觸電阻的情況下，當(dāng)斷口1 分閘時，ΔU1≠0，ΔU2=0，ΔU總=ΔU1≠0;當(dāng)斷口2 分閘時，ΔU2≠0，ΔU1≠0，ΔU總=ΔU1=ΔU2≠0。由于分閘考量的是最短時間內(nèi)使ΔU2≠0 的斷口，所以得到的測量值考察的是分閘時間快的斷口1 的分閘時間;同理假設(shè)斷口2 比端口1 分閘快，得到的測量值考察的是分閘時間快的斷口2 的分閘時間。

圖3 SF6罐式雙斷口斷路器斷口電位變化

通過上述分析，對SF6罐式雙斷口斷路器現(xiàn)場測試中，傳統(tǒng)測試方法缺乏針對性。通過單一回路檢測原理所測出的單一時間參量，無法完全確定的幾點是:

1)斷路器合閘時，當(dāng)所測單一時間參量符合制造廠技術(shù)要求時，無法判定合閘較快的那個斷口是否存在合閘時間過短，同期性較差這一安全隱患;

2)斷路器分閘時，當(dāng)所測單一時間參量符合制造廠技術(shù)要求時，無法判定分閘較慢的那個斷口是否存在分閘時間過長，甚至存在極端情況:出現(xiàn)由于分拉桿等機械傳動部件出現(xiàn)問題導(dǎo)致某一個斷口沒有進行分閘動作;［2］

3)無論開展分閘或是合閘測試，在僅有單一時間參量的情況下，無法判定同相各斷口間的同期性是否符合相關(guān)要求。

3 單回路測試弊端分析

在運用單一回路測試SF6罐式雙斷口斷路器時，也可以通過單一分、合閘時間的歷史數(shù)據(jù)進行縱向比較分析，以此判斷SF6罐式雙斷口斷路器的機械特性狀況。假設(shè)雙斷口的某一個斷口出現(xiàn)問題，即兩個斷口未在同一時間分閘或者合閘，會使得兩個斷口的分合閘時間差值逐漸增大，甚至造成兩個斷口間的同期性超標(biāo)。這種情況發(fā)展的趨勢相當(dāng)于兩個觸頭在不同時刻進行了分合，即每一個觸頭在大于其額定開斷電壓的情況下分合電路，很容易被電弧燒傷從而使觸頭的長度縮短。此時運用單一回路進行檢測，數(shù)據(jù)上的反映將會是分閘時間慢慢變短，合閘時間慢慢變長甚至超過規(guī)定時間，可以初步判斷兩個斷口的工作出現(xiàn)異常，隨后可對斷路器所在氣室間隔停電并抽氣，然后抽取兩個斷口中間的信號并進行雙斷口各自分合閘時間的復(fù)測，進而判斷兩個斷口的實際工作狀態(tài)。

對于此類運用單一回路檢測積累歷史數(shù)據(jù)開展縱向比較的分析方法，筆者認為缺乏時效性，且測試數(shù)據(jù)很容易受到斷路器機械操作誤差以及測試儀器誤差帶來的影響。主要測試弊端表現(xiàn)在以下兩個方面:

1)目前高壓斷路器機械特性測試項目的測試周期大都為3 至5 年或者機構(gòu)大修后，這導(dǎo)致數(shù)據(jù)積累需要漫長的時間過程，對斷路器機械操作機構(gòu)的狀態(tài)監(jiān)測缺乏時效，難以保證設(shè)備在運行期間不會突發(fā)機械故障。

2)對于一些承擔(dān)重要負荷的供電線路，斷路器短期內(nèi)的檢修操作次數(shù)甚至大于一個檢修周期內(nèi)的運行操作次數(shù)，這在一定程度上降低了操作結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)的浮動。以某水電廠500 kV 六氟化硫罐式雙斷口斷路器現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)為例，從試驗數(shù)據(jù)看出，由于斷路器機械穩(wěn)定性以及試驗儀器誤差的影響，導(dǎo)致前后兩次的測試值出現(xiàn)浮動(B 相分閘線圈1 動作時間浮動最大，浮動值達到2 ms)。這使得數(shù)據(jù)采樣和分析過程中，難以掌握其變化情況，無法準(zhǔn)確判斷斷路器機械特性的健康狀況。

4 分合閘時間在線監(jiān)測

近年來，國內(nèi)外針對斷路器機械故障的狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷技術(shù)及其分析處理方法開展了廣泛研究，提出了主要有行程和速度監(jiān)測、分合閘線圈電流監(jiān)測以及操作過程中振動信號監(jiān)測等監(jiān)測方法［3］。斷路器分、合閘時間作為判斷短路器機械故障的重要參量，也逐步成為機械特性在線監(jiān)測的一項重要內(nèi)容。對雙斷口斷路器各斷口分合閘時間進行長期連續(xù)地監(jiān)測，不僅能夠解決傳統(tǒng)計劃性檢修中，對于判斷同期性缺乏針對性和時效性等問題，而且通過對每次斷口動作時間進行不間斷地記錄，可以準(zhǔn)確掌握時間參數(shù)的變化趨勢，便于運行維護人員判斷是否存在故障的先兆，從而延長設(shè)備的維修保養(yǎng)周期。在線監(jiān)測技術(shù)作為斷路器狀態(tài)檢修的前提，有效提高電力系統(tǒng)運行的安全可靠性及自動化程度的同時，也為狀態(tài)檢修提供了狀態(tài)預(yù)知的技術(shù)支持［4］。

5 結(jié)束語

綜上所述，很多高壓斷路器故障是由于機械特性不良造成的。斷路器分合閘同期性作為判斷短路器機械故障的重要參量，按照國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在交接試驗、預(yù)防性試驗中都要求測量。然而由于SF6罐式雙斷口斷路器的結(jié)構(gòu)特殊性，使得目前主流定檢預(yù)試中所使用的測試方法存在弊端。對于此類雙斷口斷路器，加裝機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠及時有效地檢測分合閘同期性，從而為判斷機械特性健康狀況提供診斷依據(jù)。

［1］DL/T 596－1996.電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程［S］.中國電力出版社.

［2］顧顯華，曹陽，李凱.500 kV GIS 及罐式斷路器分合閘時間測試結(jié)果探討［J］.山東電力技術(shù)，2010，2，19－20.

［3］關(guān)永剛，黃瑜瓏，錢家驪.基于振動信號的高壓斷路器機械故障診斷［J］.高電壓技術(shù)，2000，26 (3):66.

［4］孫建偉，陳壘，王玉梅，等.基于LabVIEW 的斷路器振動信號監(jiān)測系統(tǒng)［J］.供用電，2007，24 (3):48.

［5］曹陽，肖輝，莫臣.變電站高壓斷路器特性試驗問題探討［J］.高壓電器，2010，46 (3):75.