220 kV斷路器輔助開關(guān)動作特性研究

朱仁，羅曉冬，郭文筆，朱文彬，殷亮

（國網(wǎng)湖南省電力公司湘西供電分公司，湖南吉首416000)

220 kV斷路器輔助開關(guān)動作特性研究

朱仁，羅曉冬，郭文筆，朱文彬，殷亮

（國網(wǎng)湖南省電力公司湘西供電分公司，湖南吉首416000)

通過分析斷路器主觸頭與操作機(jī)構(gòu)輔助開關(guān)動作的關(guān)聯(lián)性，針對性地開展分、合閘特性測試工作，對輔助開關(guān)的動作特性試驗(yàn)進(jìn)行了有效的研究分析。

輔助開關(guān)；斷路器；動作特性；延時時間；控制

斷路器的分合閘動作指令是由其操動機(jī)構(gòu)配置的輔助開關(guān)發(fā)出〔1〕，且輔助開關(guān)作為二次回路中的分、合閘控制開關(guān)以及聯(lián)鎖保護(hù)節(jié)點(diǎn)，在斷路器主觸頭分、合閘操作時應(yīng)發(fā)生相應(yīng)的位置變換，當(dāng)斷路器處于分位時，合閘回路處于預(yù)合狀態(tài)；當(dāng)斷路器處于合位時，分閘回路處于預(yù)分狀態(tài)〔2〕。目前，高壓斷路器在交接和例行試驗(yàn)中，沒有相關(guān)規(guī)程對其動作特性進(jìn)行規(guī)定，無法掌控斷路器輔助開關(guān)的運(yùn)行健康狀況，給斷路器的健康運(yùn)行帶來了重大的安全隱患。通過研究斷路器的主回路及輔助開關(guān)在分合閘過程的動作情況，對斷路器輔助開關(guān)的測試及其動作特性進(jìn)行了探討分析。

1 輔助開關(guān)動作原理

斷路器的輔助開關(guān)有瞬動輔助開關(guān)和延時速動輔助開關(guān)兩種類型，合閘回路中的常閉觸點(diǎn)取自瞬動輔助開關(guān)，分閘回路中的常開觸點(diǎn)取自延時速動輔助開關(guān)，兩者之間的區(qū)別為延時速動輔助開關(guān)有一個延時控制機(jī)構(gòu)——扭簧〔3〕，以延時速動輔助開關(guān)為例介紹其基本機(jī)構(gòu)和動作原理。

1.1 輔助開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)

以某廠家2001年生產(chǎn)的F6－8ⅡK/WB輔助開關(guān)為例介紹輔助開關(guān)的結(jié)構(gòu)及動作原理。該輔助開關(guān)有4開4閉共8對觸點(diǎn)，由主動軸、扭簧、主動卡片、從動卡片、脫扣器、靜觸點(diǎn)、動觸點(diǎn)組成，帶延時速動機(jī)械摩擦壓接接觸式結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 220 kV斷路器輔助開關(guān)

主動轉(zhuǎn)軸與斷路器操作拉桿裝置聯(lián)動；主動卡片固定在主動轉(zhuǎn)軸上，帶動扭簧旋轉(zhuǎn)而儲能，主動卡片上的三角形頂針是脫扣的觸發(fā)器；扭簧是儲能元件；從動卡片套在輔助開關(guān)的轉(zhuǎn)軸上，與接點(diǎn)的動觸點(diǎn)聯(lián)動，同時也是扭簧的固定件；脫扣器是扭簧釋能的定位件。

1.2 輔助開關(guān)的動作過程

斷路器輔助開關(guān)動作可以分為扭簧儲能和扭簧釋能兩個階段，斷路器輔助開關(guān)的動作切換是伴隨扭簧的儲能和釋能的過程進(jìn)行的，具體動作過程如圖2所示。

圖2 斷路器輔助開關(guān)伴隨斷路器的動作過程

扭簧儲能:當(dāng)斷路器分閘動作時，斷路器聯(lián)動桿帶動主動軸及主動卡片轉(zhuǎn)動；脫扣器鎖住從動卡片，使其和扭簧的定位端保持不動，扭簧開始儲能。扭簧釋能:當(dāng)扭簧儲能達(dá)到觸發(fā)點(diǎn)時(主動卡片轉(zhuǎn)動75°±5°)，主動卡片上的三角形頂針推動脫扣器，使從動卡片與扭簧的定位端一同脫扣。扭簧開始釋放能量，帶動從動卡片和輔助開關(guān)的轉(zhuǎn)軸，完成輔助開關(guān)觸點(diǎn)的切換。

斷路器動作前:輔助開關(guān)的主動軸保持不動，動觸點(diǎn)通過①和③接通，如圖2(a)所示。

斷路器動作中:從動卡片保持不動，主動卡片開始動作帶動扭簧進(jìn)行儲能；動觸點(diǎn)保持不動，通過①和③接通，如圖2(b)所示。

斷路器動作后:主動卡片上的三角形頂針推動脫扣器，使從動卡片與扭簧的定位端一同脫扣；扭轉(zhuǎn)彈簧開始釋放能量，帶動從動卡片和輔助開關(guān)的轉(zhuǎn)軸，完成觸點(diǎn)的切換；動觸點(diǎn)通過②和④接通，如圖2(c)所示。

2 輔助開關(guān)動作特性的試驗(yàn)方法

輔助開關(guān)動作特性試驗(yàn)是將斷路器主回路、分閘回路和合閘回路的一對輔助開關(guān)節(jié)點(diǎn)作為試驗(yàn)對象，使用動作特性一體化測試儀測量三者的動作時間并計算之間的不同期，從而得出瞬動輔助開關(guān)與主回路的動作時間差、延時速動輔助開關(guān)與瞬動輔助開關(guān)的動作時間差，通過分析測試結(jié)果得出輔助開關(guān)的健康狀況。

試驗(yàn)開展的前提條件為斷路器三相主回路的分合閘同期符合技術(shù)文件的要求，再分相開展相應(yīng)的輔助開關(guān)特性試驗(yàn)，避免斷路器主回路動作特性不合格給測試結(jié)果帶來影響。試驗(yàn)操作流程分三步，其接線如圖3所示。

圖3 斷路器輔助開關(guān)動作特性接線

1)將斷路器的一次主觸頭的上下接線板、合閘回路的一對瞬動輔助開關(guān)節(jié)點(diǎn)和分閘回路的一對延時速動輔助開關(guān)節(jié)點(diǎn)分別接至測試儀對應(yīng)的信號輸入位置；

2)將測試儀的分合閘控制信號線直接接至斷路器分合閘線圈；

3)測試儀發(fā)出分合閘指令控制斷路器進(jìn)行分合，分別測出斷路器主觸頭和輔助開關(guān)的動作時間。

3 斷路器輔助開關(guān)動作特性測試

以LW10B－252等型號斷路器為例開展系列驗(yàn)證性試驗(yàn)，結(jié)合某220 kV變電站停電檢修機(jī)會，在主回路動作特性測試合格后，對輔助開關(guān)分相開展了分閘、合閘動作特性試驗(yàn)，其技術(shù)文件要求斷路器主回路分閘時間≤32 ms，合閘時間≤100 ms。

3.1 動作特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

在3次分相測試中，斷路器的三相主回路的合閘動作時間差為2.2 ms，分閘動作時間差為1.4 ms，其瞬動輔助開關(guān)的動作時間預(yù)主回路基本保持一致，而延時速動輔助開關(guān)的動作時間則有很大的差異，具體測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 斷路器輔助開關(guān)常開觸點(diǎn)動作時間ms

合閘過程中，三相延時速動輔助開關(guān)的時間差達(dá)10.7 ms；分閘過程中，三相延時速動輔助開關(guān)的時間差達(dá)7 ms，三相之間的時間不具備明顯的分布特征，其中A相斷路器及輔助開關(guān)的行程特性曲線如圖4所示。

圖4 斷路器A相分合閘輔助開關(guān)行程特性曲線

三相斷路器的輔助開關(guān)為同一廠家的同一型號產(chǎn)品，在測試中數(shù)據(jù)應(yīng)具備一致性。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析，初步判斷三相斷路器的延時速動輔助開關(guān)內(nèi)觸點(diǎn)可能存在氧化、彈簧疲勞等情況，導(dǎo)致延時時間出現(xiàn)或長或短的明顯差異。

3.2 處理后的特性試驗(yàn)

現(xiàn)場對該斷路器的三相延時速動輔助開關(guān)進(jìn)行了更換處理，并重新進(jìn)行了動作特性試驗(yàn)。斷路器合閘過程中，其瞬動輔助開關(guān)與主回路的動作時間基本一致，均在55 ms左右；延時速動輔助開關(guān)在瞬動輔助開關(guān)動作后19 ms左右動作，三相之間的延時時間差僅為0.8 ms。斷路器分閘過程中，其瞬動輔助開關(guān)與主回路的動作時間也基本保持一致，均在29 ms左右；延時速動輔助開關(guān)在瞬動輔助開關(guān)動作后7.5 ms左右開始動作，三相之間的延時時間差僅為1 ms，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 更換后斷路器輔助開關(guān)常開觸點(diǎn)動作時間ms

分析試驗(yàn)結(jié)果，輔助開關(guān)的動作特性應(yīng)具備一定數(shù)據(jù)分布特征，如斷路器合閘輔助開關(guān)常開觸點(diǎn)的延時時間在19.0 ms左右；斷路器分閘輔助開關(guān)的延時時間在8.0 ms左右。

3.3 解體檢查情況

對更換下的輔助開關(guān)進(jìn)行了解體檢查，發(fā)現(xiàn)輔助開關(guān)靜觸點(diǎn)存在輕微燒蝕痕跡，動觸點(diǎn)聚碳酸脂存在開裂現(xiàn)象，如圖5所示?？梢酝茢啵瑪嗦菲鬏o助開關(guān)在操作過程中切換不到位和試驗(yàn)過程中延時時間分布差異大與動觸點(diǎn)的聚碳酸脂開裂及觸點(diǎn)燒蝕有關(guān)。

圖5 斷路器輔助開關(guān)解體檢查情況

3.4 輔助開關(guān)動作特性試驗(yàn)驗(yàn)證

結(jié)合電網(wǎng)220 kV斷路器停電檢修，對LW6B－252，LW10B－252等多種型號斷路器開展了相應(yīng)試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)隨著斷路器的型號、輔助開關(guān)的型號的不同其分合閘動作時間有很大的差異，但三相延時輔助開關(guān)與瞬動輔助開關(guān)的延時時間基本保持一致〔4〕，互差均小于3 ms。

通過大量數(shù)據(jù)的積累，對同廠同型號斷路器輔助開關(guān)動作特性的縱向、橫向?qū)Ρ群投ㄐ苑治?，對輔助開關(guān)存在的安裝角度偏差、內(nèi)部卡澀生銹、扭簧疲勞等異常情況可以得到初步的判斷結(jié)果。

4 結(jié)論

針對220 kV斷路器輔助開關(guān)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及動作特性，對其動作特性時間和行程特性曲線進(jìn)行了測試，并通過分析試驗(yàn)結(jié)果有效地檢測到一起輔助開關(guān)動觸點(diǎn)聚碳酸脂開裂的異常情況，避免了一起220 kV斷路器不能有效分合閘故障的發(fā)生。

建議在開展交接、例行試驗(yàn)時，增加對斷路器輔助開關(guān)的動作特性的測試項(xiàng)目〔5〕，將測試數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向、縱向?qū)Ρ?，并?yīng)逐步完善對220 kV及以上分相操作斷路器輔助開關(guān)的動作特性和延時時間的技術(shù)要求。

〔1〕金立軍，張勇，王珂，等.用于金屬短接時間控制的輔助開關(guān)操動特性研究 〔J〕.中國電機(jī)工程學(xué)報，2011，31(15): 121-126.

〔2〕劉堅鋼，金立軍.用于高壓斷路器金短時間控制的輔助開關(guān)延時特性研究 〔J〕.高壓電器，2012，48(3):17-20.

〔3〕金立軍.用于高壓斷路器金短時間控制的扭簧延時輔助開關(guān):中國，200710044658.2〔P〕.2007-08-07.

〔4〕國家電網(wǎng)公司.輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程:Q/GDW 1168—2013〔S〕.北京:中國電力出版社，2014.

〔5〕電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn):GB50150—2016〔S〕.北京:中國計劃出版社，2016.

Action Characteristics Research of Auxiliary Switch on 220 kV Circuit Breaker Operation Mechanism

ZHU Ren，LUO Xiaodong，GUO Wenbi，ZHU Wenbin，YIN Liang
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Xiangxi Power Supply Company，Jishou 416000，China)

By analyzing the correlation between the main contact of the circuit breaker and the auxiliary switch action of the operating mechanism，the characteristic test of the opening and closing of the circuit breaker is carried out，and the operation characteristic test of the auxiliary switch is studied and analyzed.

auxiliary switch；circuit breaker；action features；time delay；control

TM564

B

1008-0198(2017)04-0008-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.04.003

2017-01-19

朱仁(1989)，男，湖南衡東人，助理工程師，本科，主要從事高壓試驗(yàn)及狀態(tài)檢修工作。