柱上斷路器動(dòng)作特性現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備的研發(fā)

張 露，張 蓓，江 成

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司奉賢供電公司，上海 201499)

作為集成度較高的電力設(shè)備，柱上斷路器用于電網(wǎng)中的聯(lián)絡(luò)、分段、支線上，是現(xiàn)代智能配網(wǎng)的核心部件，自身將模擬量采集、繼電保護(hù)、斷路器滅弧機(jī)構(gòu)等一二次設(shè)備集于一身，對(duì)柱上斷路器的測(cè)試有著很多新的要求。又因?yàn)橹蠑嗦菲鞣稚惭b于個(gè)配網(wǎng)支線電桿上，要對(duì)其特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)難度較大，尤其是斷路器跳閘特性、繼電保護(hù)動(dòng)作特性的試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)十分繁瑣，需要多工種配合。在夏季高溫季節(jié)，柱上斷路器突發(fā)故障如燒毀或誤跳閘事故時(shí)有發(fā)生，為了減少柱上斷路器的突發(fā)故障，需要定期對(duì)斷路器進(jìn)行試驗(yàn)或檢查[1-3]。目前情況下，還沒有對(duì)重要回路的柱上斷路器進(jìn)行停電校驗(yàn)或帶電檢測(cè)的方法與措施，因此，如果能開發(fā)一種能夠?qū)χ蠑嗦菲鬟\(yùn)行工況進(jìn)行方便檢驗(yàn)的設(shè)備，有助于極大地提升配網(wǎng)運(yùn)行可靠性。本文提出一種柱上斷路器動(dòng)作特性現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)方案，可有效提高現(xiàn)場(chǎng)工作效率。

1 柱上斷路器特點(diǎn)

柱上斷路器是安裝在電桿上能夠操作導(dǎo)電回路的開關(guān)，可以在正常情況下手動(dòng)切斷或接通線路，并且是能在短路故障時(shí)，通過繼電保護(hù)裝置的保護(hù)跳閘功能，將故障線路自動(dòng)跳開的一種開關(guān)設(shè)備。柱上斷路器主要用于配電線路區(qū)間分段投切、控制、保護(hù)，能斷開短路電流。目前配電線路中柱上斷路器主要采用戶外交流高壓智能真空斷路器，智能真空斷路器是一種具備故障檢測(cè)功能、保護(hù)控制功能和通訊功能等多功能一體化的斷路器，一般安裝在10 kV架空線路分界點(diǎn)，可自動(dòng)切除單相接地和自動(dòng)隔離故障，是配電線路改造的理想產(chǎn)品[4-5]。

智能真空斷路器可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作、電動(dòng)操作、遙控器操作及遠(yuǎn)程主機(jī)操作。斷路器由本體、操作機(jī)構(gòu)、控制器三部分組成。根據(jù)絕緣材料不同，斷路器可分為SF6絕緣真空斷路器與空氣絕緣真空斷路器。SF6絕緣真空斷路器采用真空滅弧，SF6絕緣，三相共箱式，采用彈簧操作機(jī)構(gòu)，電流互感器可內(nèi)置，電纜或端子出線，外側(cè)選配隔離裝置，吊式或坐式安裝[6-7]?？諝饨^緣真空斷路器采用真空滅弧，空氣絕緣，三相固封極柱式，采用彈簧或永磁操作機(jī)構(gòu)，電流互感器外置，端子出線，外側(cè)選配隔離裝置，坐式安裝斷路器。同時(shí)柱上斷路器可根據(jù)配電線路的需要配置CT(保護(hù)電流互感器)、ZCT(零序電流互感器)、u(電壓互感器)，作為控制器的模擬量測(cè)量裝置，用以監(jiān)測(cè)，控制，保護(hù)配電線路[8]。

2 柱上斷路器現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的局限性分析

2.1 設(shè)備集成度過高造成專業(yè)要求高的問題

柱上斷路器將模擬量采集裝置、繼電保護(hù)裝置、斷路器滅弧機(jī)構(gòu)等一二次設(shè)備集于一體，由于柱上斷路器集成度高，功能多，測(cè)試復(fù)雜，因此對(duì)其檢測(cè)和功能校驗(yàn)，有著很多新的要求。柱上斷路器的繼電保護(hù)測(cè)試必須登桿，然而一般二次專業(yè)人員不具備登桿高空作業(yè)能力，而具備高空作業(yè)能力的讓檢修人員又不具備二次控制保護(hù)測(cè)試的專業(yè)知識(shí)，這使得柱上斷路器的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需要多工種配合，作業(yè)效率十分低下。在配電網(wǎng)中柱上斷路器數(shù)量極多，由于需要多工種配合工作，作業(yè)效率低，導(dǎo)致斷路器運(yùn)維單位未能按計(jì)劃按周期對(duì)轄區(qū)內(nèi)所有斷路器進(jìn)行校驗(yàn)，給配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成隱患。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備過于笨重導(dǎo)致作業(yè)效率低下問題

現(xiàn)有柱上斷路器校驗(yàn)技術(shù)一般采用基于大電流發(fā)生器的跳閘方案，進(jìn)過分析該方案存在如下不足。首先是使用不便，柱上斷路器大量分布式高空安裝，檢修人員需借助升高車進(jìn)行檢測(cè)校驗(yàn)，而檢測(cè)設(shè)備大電流發(fā)生器十分笨重，一臺(tái)1 000 A的大電流發(fā)生器重達(dá)30 kg以上，給現(xiàn)場(chǎng)的移動(dòng)高空檢測(cè)作業(yè)帶來極大不便，現(xiàn)有大電流發(fā)生器為考慮電源供電方便，均是單相輸出[9-10]，對(duì)于三相柱上斷路器需要試驗(yàn)三次，增加了作業(yè)工作量和時(shí)間。其次是由于大電流發(fā)生器功能的局限性，無法模擬真實(shí)的斷路器負(fù)荷電流變化過程。最后是成本較高，基于大電流發(fā)生器設(shè)計(jì)的開關(guān)跳閘特性檢測(cè)裝置，需要大容量的一次電流互感器與自耦調(diào)壓器，均是工頻單相感性元件，成本高昂。

3 柱上斷路器現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)思路

為解決現(xiàn)有的斷路器現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需要多工種配合工作，作業(yè)效率低和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)操作不便性，檢測(cè)設(shè)備的成本高昂等缺點(diǎn)，本文提出一種新型的檢測(cè)思路，通過在斷路器兩側(cè)類似掛接地線的方法，在檢修斷路器的兩端加上測(cè)試桿如圖1所示。

圖1 柱上斷路器基本檢測(cè)思路

3.1 柱上斷路器新方案設(shè)計(jì)

檢測(cè)柱上斷路器各項(xiàng)功能雖不同，只需檢測(cè)斷路器實(shí)驗(yàn)時(shí)的電流、電壓、零流三個(gè)基本模擬量，便可以判斷斷路器的各保護(hù)功能的動(dòng)作特性，從而判斷柱上斷路器運(yùn)行狀況是否良好。因此只需在斷路器兩側(cè)的接地線用上合適的試驗(yàn)電源，通過檢修人員將檢測(cè)設(shè)備的電流電壓量直接注入到兩側(cè)接地線的一次回路中，按照斷路器相關(guān)的檢測(cè)要求可以對(duì)斷路器絕大部分保護(hù)的動(dòng)作特性進(jìn)行有效的檢測(cè)。首先，由于柱上斷路器流變與開關(guān)觸頭一體化，直接注入測(cè)試電流后到電流流入終端的時(shí)間差，可得出斷路器分閘時(shí)間，其次，二次繼電保護(hù)動(dòng)作特性的校驗(yàn)也可同時(shí)進(jìn)行，從而將二次繼電保護(hù)與一次開關(guān)動(dòng)作特性一并驗(yàn)證。

3.2 檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)

為了更高效的檢測(cè)柱上斷路器，設(shè)計(jì)出新型檢測(cè)樣機(jī)，原理圖如圖2所示，該裝置使用10～35 kV 電流、電壓互感器，采用倒接法實(shí)現(xiàn)升流與升壓，將小電流小電壓升至斷路器工作時(shí)電流電壓，模擬斷路器運(yùn)行時(shí)真實(shí)工況，裝置具有可靠性好、容量大等優(yōu)點(diǎn)，新型檢測(cè)樣機(jī)包括逆變器、調(diào)壓器、電流互感器 、電信號(hào)計(jì)時(shí)器、電流表、電壓互感器、電壓表、加電流按鈕、失壓按鈕等。

圖2 樣機(jī)電路結(jié)構(gòu)

首先，通過逆變器將直流低壓電源，如檢修車輛的12 V 蓄電池，變換為較高的交流電壓，經(jīng)過三相調(diào)壓器設(shè)置不同的電壓后，由電流互感器倒接實(shí)現(xiàn)電流放大，從而產(chǎn)生柱上斷路器三相試驗(yàn)電流；柱上斷路器保護(hù)對(duì)電壓要求較低，僅僅需要驗(yàn)證低壓脫扣能否管理，因此三相電壓不使用調(diào)壓器調(diào)壓，直接通過常閉接點(diǎn)按鈕，經(jīng)過電壓互感器倒接升壓后形成柱上斷路器的三相試驗(yàn)電壓。由于試驗(yàn)電流與電壓均是一次側(cè)注入的高壓信號(hào)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備絕緣耐壓檢測(cè)和二次繼電保護(hù)動(dòng)作特性的校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了柱上斷路器實(shí)驗(yàn)的全局性與高效率，提高柱上斷路器檢測(cè)作業(yè)的效率。

其次，本設(shè)計(jì)通過構(gòu)建三相檢測(cè)回路，實(shí)現(xiàn)的零相電流的檢測(cè)，通過零相中電信號(hào)計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)功能，可靈敏檢測(cè)出滅弧問題或三相不一致問題，若三相開關(guān)分閘同期性良好，則零相中存在不平衡電流時(shí)間很短，如果某一相動(dòng)作緩慢或滅弧能力降低，則零相中會(huì)出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的不平衡電流，從而通過電信號(hào)計(jì)時(shí)器就能直觀明顯地檢測(cè)出三相不一致或滅弧能力降低的問題，便于作業(yè)人員及時(shí)檢測(cè)出斷路器滅弧或三相不一致問題 ，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

4 柱上斷路器新方案效果驗(yàn)證

本柱上斷路器現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案，只需在斷路器兩側(cè)掛上試驗(yàn)線，無需作業(yè)人員登高作業(yè)，無需升高車到現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，只需類似絕緣棒的操作桿就可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)簡(jiǎn)單高效，減少作業(yè)人員登高危險(xiǎn)，大大提高了檢測(cè)人員的檢測(cè)效率。以每臺(tái)柱上斷路器所需時(shí)間和人員為例，對(duì)比實(shí)施新檢測(cè)方案后所需時(shí)間和人員。

通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，柱上斷路器檢測(cè)工作，由原來4人一輛升高車完成的工作，現(xiàn)在僅需3人就能完成，每臺(tái)斷路器的檢測(cè)時(shí)間縮短為2 h，而在效率上提高一倍，對(duì)于配網(wǎng)中有大量柱上斷路器檢測(cè)工作，不僅節(jié)省了大量人力物力財(cái)力，還提高斷路器檢測(cè)效率，特別是在柱上斷路器搶修和新設(shè)備投運(yùn)情況下，利用本方案十分有效而方便，減少配電網(wǎng)斷電時(shí)間，提高配電網(wǎng)供電的可靠性。

5 結(jié)語

本文分析了安裝在配網(wǎng)支線電桿上的柱上斷路器的檢測(cè)難度高、工作效率低和其動(dòng)作特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)難度較大等問題，以此為基礎(chǔ)提出了實(shí)用性強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案，設(shè)計(jì)了在斷路器兩側(cè)類似掛接地線，在檢修斷路器的兩端加上測(cè)試桿的方法，并在該方案的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)新型柱上斷路器檢測(cè)樣機(jī)，試驗(yàn)證明這些手段可以實(shí)現(xiàn)斷路器檢測(cè)的全局性與高效率，提高柱上斷路器檢測(cè)作業(yè)的效率，極大地提升配網(wǎng)運(yùn)行可靠性。