一種便攜式雙端接地?cái)嗦菲鳈C(jī)械特性測(cè)試儀的研制

劉慧娟 王嘯峰

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司珠海供電局，廣東珠海519000）

0 引言

高壓斷路器不僅可以切斷或閉合高壓電路中的空載電流和負(fù)荷電流，而且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)通過(guò)繼電器保護(hù)裝置的作用，還可以切斷過(guò)負(fù)荷電流和短路電流，在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著控制和保護(hù)的雙重職責(zé)。斷路器的機(jī)械特性試驗(yàn)是電力系統(tǒng)中廣泛開(kāi)展的一項(xiàng)周期性常規(guī)工作，僅珠海供電局每年開(kāi)展的斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)就多達(dá)1 000余次，因此斷路器機(jī)械特性測(cè)試儀性能的優(yōu)劣直接影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。由于傳統(tǒng)斷路器機(jī)械特性測(cè)試儀存在接線繁瑣、傳感器不滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求、二次端子排接線不穩(wěn)固等問(wèn)題，本項(xiàng)目研制出一種新型的便攜式雙端接地?cái)嗦菲鳈C(jī)械特性測(cè)試儀，解決了以上問(wèn)題，提高了工作效率，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)了斷路器在電網(wǎng)運(yùn)行中的安全穩(wěn)定性。

1 問(wèn)題概述

斷路器的機(jī)械特性試驗(yàn)是電力系統(tǒng)中廣泛開(kāi)展的一項(xiàng)周期性常規(guī)工作。傳統(tǒng)的斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)存在以下問(wèn)題：

1.1 一次接線復(fù)雜

采用傳統(tǒng)的機(jī)械特性測(cè)試儀測(cè)試時(shí)，需要將一次接線連接到斷路器端口的兩側(cè)（圖1），因此要求斷路器斷口至少一側(cè)處于開(kāi)路狀態(tài)才能進(jìn)行。部分組合電器開(kāi)關(guān)由于斷路器兩側(cè)無(wú)引出點(diǎn)，需要母線停電并進(jìn)行部分解鎖操作，用相鄰出線間隔進(jìn)行試驗(yàn)，其中會(huì)涉及停電困難、增加安全風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題。而部分?jǐn)嗦菲鳛榱藵M足至少一側(cè)處于開(kāi)路狀態(tài)，需要進(jìn)行高空解線工作，增加了工作量和安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 傳統(tǒng)機(jī)械特性測(cè)試儀測(cè)試原理

1.2 傳感器不滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求

根據(jù)中國(guó)南方電網(wǎng)公司Q/CSG 1206007—2017《電力設(shè)備檢修試驗(yàn)規(guī)程》的要求：需對(duì)110 kV及以上電壓等級(jí)的斷路器進(jìn)行速度測(cè)試。而傳統(tǒng)的斷路器機(jī)械特性測(cè)試儀的傳感器（圖2）無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，對(duì)部分老舊斷路器進(jìn)行速度測(cè)試時(shí)存在困難，由于出廠時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、設(shè)計(jì)老舊等原因，廠家無(wú)法提供配套傳感器；并且因?yàn)橹本€測(cè)速的形式多樣、距離不一致，現(xiàn)有的傳感器也難以滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求，難以進(jìn)行斷路器的測(cè)速試驗(yàn)。

圖2 傳統(tǒng)直線傳感器

1.3 二次端子排接線不穩(wěn)固

斷路器機(jī)械特性測(cè)試的二次接線需要將測(cè)試儀的二次線連接到斷路器的二次端子排，傳統(tǒng)的二次接線方式采用小夾子連接延長(zhǎng)導(dǎo)線的方式，這種接線不穩(wěn)固，當(dāng)斷路器動(dòng)作時(shí)振動(dòng)較大，使用的線夾等接線工具難以固定在二次端子排上，容易發(fā)生接觸不良或線夾脫落，影響試驗(yàn)工作。

2 解決思路

針對(duì)以上問(wèn)題，本項(xiàng)目的解決思路是：

2.1 采用雙端接地的測(cè)試方法替代傳統(tǒng)的測(cè)試方法

針對(duì)一次接線復(fù)雜，需要將一次接線連接到斷路器端口的兩側(cè)，要求斷路器斷口至少一側(cè)處于開(kāi)路狀態(tài)才能進(jìn)行，從而需要母線停電并進(jìn)行部分解鎖操作，用相鄰出線間隔進(jìn)行試驗(yàn)的情況，本項(xiàng)目的解決思路是：采用雙端接地的測(cè)試方法（圖3）替代傳統(tǒng)的測(cè)試方法，減少解開(kāi)斷路器端口一次線的工作，縮小停電范圍，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

斷路器兩端接地時(shí)分、合閘時(shí)刻的測(cè)試方法是以電磁感應(yīng)為基本原理，斷路器、電纜、地網(wǎng)和兩個(gè)接地開(kāi)關(guān)組成一個(gè)通流體，該通流體的閉合和斷開(kāi)是依靠斷路器的分、合閘操作實(shí)現(xiàn)的。在兩端施加電流，當(dāng)該通流體閉合時(shí)，高頻電流傳感器的線圈中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電流；而在通流體斷開(kāi)時(shí)，電流采樣器中就沒(méi)有感應(yīng)電流。對(duì)于感應(yīng)電流產(chǎn)生和消失的時(shí)刻進(jìn)行測(cè)量即可對(duì)應(yīng)出斷路器的關(guān)合和開(kāi)斷時(shí)刻，于是雙端接地的測(cè)試方法就可以解決傳統(tǒng)測(cè)試方法遇到的問(wèn)題。

圖3 雙端接地機(jī)械特性測(cè)試儀測(cè)試原理

2.2 改進(jìn)測(cè)速傳感器，附加一個(gè)輔助工具

一方面利用直線速度轉(zhuǎn)為角速度再轉(zhuǎn)為直線速度的原理滿足現(xiàn)場(chǎng)速度測(cè)試的需要，另一方面采用過(guò)渡支架拓展傳感器的通用性，匹配大部分在網(wǎng)斷路器型號(hào)的測(cè)速要求（圖4）。測(cè)速傳感器輔助工具原理是針對(duì)能夠進(jìn)行直線測(cè)速的斷路器，把斷路器的直線速度轉(zhuǎn)為角速度再轉(zhuǎn)為直線速度，以滿足現(xiàn)場(chǎng)速度測(cè)試的需要。

圖4 新型傳感器附件示意圖

2.3 研制能穩(wěn)固插入二次端子排的接頭

設(shè)計(jì)一種新型的固定卡具（圖5），協(xié)助二次接線能穩(wěn)固接觸到相關(guān)端子，增加二次接線的穩(wěn)定性，減少因接觸不良引起的重復(fù)工作，提高工作效率。

圖5 新型二次接線輔助工具

3 新型測(cè)試儀技術(shù)參數(shù)與要求

研制出輕便、適用性強(qiáng)、使用方便的便攜式雙端接地機(jī)械特性測(cè)試儀，并應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際工作之中，應(yīng)達(dá)到的技術(shù)參數(shù)與要求如下：

（1）便攜式雙端接地機(jī)械特性測(cè)試儀：1套。儀器為嵌入式工控機(jī)，配有高速熱敏打印機(jī)，方便現(xiàn)場(chǎng)打印測(cè)試數(shù)據(jù)。內(nèi)置集成式操作電源，可提供DC 10～260 V可調(diào)電源，電流20 A，任意整定分、合閘線圈的動(dòng)作電壓值，完成斷路器的低電壓動(dòng)作試驗(yàn)。開(kāi)關(guān)動(dòng)作一次，得到所有數(shù)據(jù)及圖形。主機(jī)可存儲(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)（可擴(kuò)展存儲(chǔ)卡），并通過(guò)藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。配備U盤接口，可直接把數(shù)據(jù)保存到U盤，上傳到計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析、保存。同時(shí)可測(cè)6路金屬斷口、2路雙端接地開(kāi)關(guān)。

（2）便攜式雙端接地機(jī)械特性測(cè)試儀配套附件：1套。含二次線、傳感器和輔助工具等配件。

便攜式雙端接地機(jī)械特性測(cè)試儀實(shí)際接線圖如圖6所示。

圖6 實(shí)際連接圖

4 效果歸納

（1）提出了一種不需要解開(kāi)斷路器兩端一次線即可測(cè)試機(jī)械特性的新方法，解決了斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)一次線接線困難的問(wèn)題；

（2）設(shè)計(jì)了一種新型傳感器附件，解決了實(shí)際測(cè)試中斷路器速度測(cè)試不準(zhǔn)確的問(wèn)題；

（3）研制了一種能穩(wěn)固插入二次端子排的工具，解決了二次端子排連接不穩(wěn)定性、容易掉線夾的問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

該裝置具有輕便、適用性強(qiáng)、使用方便的特點(diǎn)，測(cè)試斷路器機(jī)械特性時(shí)不需要解開(kāi)斷路器端口兩側(cè)一次接線，增加了滿足現(xiàn)場(chǎng)需求的速度傳感器輔助工具，改良了二次端子接口的穩(wěn)定性和通用性，大大提高了工作效率，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)了斷路器在電網(wǎng)運(yùn)行中的安全穩(wěn)定性。該裝置適應(yīng)于10～220 kV斷路器的機(jī)械特性測(cè)試，可推廣至全行業(yè)使用。