基于雙端接地技術(shù)的500 kV GIS 斷路器機(jī)械特性測(cè)量研究

熊 舟，廖詩(shī)宇

（中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443133）

0 引言

某電站500 kV GIS 接線方式為發(fā)電機(jī)和變壓器采用一機(jī)一變單元接線，兩個(gè)單元接線組成聯(lián)合單元接線進(jìn)入500 kV GIS 一倍半接線，某電站共計(jì)安裝92 組500 kV GIS 斷路器。根據(jù)DL/T 596《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定，GIS 斷路器需按要求進(jìn)行機(jī)械特性測(cè)量試驗(yàn)[1]。采用傳統(tǒng)試驗(yàn)方法測(cè)量時(shí)斷路器端口至少有一側(cè)是處于開路狀態(tài)，需工作人員登高去拆除斷路器地刀接地連片，增加了工作量和安全風(fēng)險(xiǎn)[2]，研究雙端接地試驗(yàn)方法可大幅優(yōu)化斷路器機(jī)械特性測(cè)量條件。

1 概況

某電站GIS 斷路器為戶內(nèi)、單壓式SF6氣體絕緣型斷路器。斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)即在斷路器處于空載（回路沒(méi)有電壓和電流）的情況下，按照規(guī)定條件進(jìn)行各種操作，驗(yàn)證機(jī)械性能及操作可靠性的試驗(yàn)。測(cè)量項(xiàng)目包括斷路器的三相固有合閘時(shí)間、固有分閘時(shí)間，合分時(shí)間。分閘時(shí)間指從斷路器分閘操作起始瞬間到所有極觸頭分離瞬間為止的時(shí)間間隔。合閘時(shí)間指處于分位置的斷路器，從合閘回路通電起到所有極觸頭都接觸瞬間為止的時(shí)間間隔。合分時(shí)間指斷路器在不成功重合閘的合分過(guò)程中或單獨(dú)合分操作時(shí)，從首先接觸極的觸頭接觸瞬間到隨后的分操作時(shí)所有極觸頭均分離瞬間為止的時(shí)間。而相間分、合閘不同期則是指在分、合閘操作過(guò)程中三相分?jǐn)嗪徒佑|瞬間的時(shí)間差[3]。

2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量應(yīng)用

2.1 傳統(tǒng)測(cè)量方法

采用傳統(tǒng)試驗(yàn)方法測(cè)量時(shí)，斷路器機(jī)械特性測(cè)試儀的接線需連接到斷路器端口的兩側(cè)[4]，因而斷路器至少有一側(cè)是處于開路狀態(tài)。以某電站GIS 8101 斷路器為例，如圖1 所示，測(cè)量8101 斷路器時(shí)間特性時(shí)，由于1B 主變壓器高壓側(cè)為星型接線，三相通過(guò)主變壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)相連，電氣連接無(wú)法斷開，此時(shí)需拆除810117 接地刀閘接地連片以滿足試驗(yàn)條件。此時(shí)需采取的主要安全措施為：

圖1 8101 斷路器接線示意圖

（1）1FB、2FB 發(fā)變組停止運(yùn)行；

（2）斷開8101、8102 斷路器；

（3）拉開81011、81021 隔離刀閘；

（4）推上810117、810127、5111617 接地刀閘。

拆除810117 接地刀閘接地連片時(shí)，必須將同串進(jìn)線相鄰的2 號(hào)機(jī)組陪停以消除感應(yīng)電壓。此時(shí)采用的測(cè)量接線方式為：

810127 接地刀閘推上保持接地狀態(tài)，810117 接地刀閘推上，接地連片拆除，儀器從810117 接地刀閘接地連片處取信號(hào)。

2.2 雙端接地技術(shù)測(cè)量方法

目前在雙端接地條件下測(cè)量斷路器時(shí)間特性有已探索出幾種方法，主要分為并聯(lián)電阻法、電磁感應(yīng)法、可變電容法等[5]。本文采用的是電磁感應(yīng)法，試驗(yàn)時(shí)通過(guò)斷路器一側(cè)接地刀閘接地連片處的高頻電流發(fā)生器發(fā)射高頻電流，通過(guò)斷路器另一側(cè)接地刀閘接地連片處的羅氏線圈讀取信號(hào)。

以圖1 中測(cè)量 8101 斷路器時(shí)間特性為例，采用雙端接地方式測(cè)量時(shí)，8101 斷路器兩側(cè)接地刀閘保持接地狀態(tài)，接地刀閘接地連片無(wú)需拆除，同串進(jìn)線相鄰的2 號(hào)機(jī)組無(wú)需陪停，此時(shí)需采取的主要安全措施為：

（1）1FB 停止運(yùn)行;

（2）斷開8101 斷路器；

（3）拉開81011 隔離刀閘；

（4）推上810117、810127 接地刀閘。

此時(shí)采用的測(cè)量接線方式為： 810117、810127地刀推上保持接地狀態(tài)，接地連片無(wú)需拆除，儀器從810117、810127 地刀連片處取信號(hào)。高頻電源發(fā)射端安裝在810117、羅氏線圈安裝在810127 處。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比

采用2 種試驗(yàn)方法對(duì)8101 斷路器進(jìn)行了測(cè)量，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

從表1 數(shù)據(jù)可以看出，數(shù)據(jù)存在異常，雙端接地方法測(cè)量的合閘時(shí)間明顯偏小，且分閘時(shí)間明顯低于正常分閘值。

表 1 8101 斷路器測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比表

3 原因分析及改進(jìn)思路

3.1 原因分析

通過(guò)專用分析軟件DB8000，示波器Tektronix TDS 2024 對(duì)斷路器原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

（1）干擾源數(shù)據(jù)波形

采用專用分析軟件DB8000 對(duì)8209 斷路器進(jìn)行原始數(shù)據(jù)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)端口信號(hào)有毛刺，分合閘波形如圖2～圖5 所示。

圖2 合閘波形

圖3 分閘波形示例1

圖4 分閘波形示例2

圖5 分閘波形示例3

如圖2 合閘波形中，在29 ms 附近位置出現(xiàn)干擾毛刺，此時(shí)儀器誤認(rèn)為斷路器合閘，導(dǎo)致合閘時(shí)間計(jì)算錯(cuò)誤，實(shí)際的合閘時(shí)間約50 ms。

如圖3、4 所示，雖然出現(xiàn)干擾信號(hào)，根據(jù)分閘時(shí)間的定義：所有的弧觸頭完全分離作為計(jì)時(shí)終點(diǎn)，儀器判斷數(shù)據(jù)正常。

如圖5 所示，分閘同期偏大，原因是A 相的分閘時(shí)間偏短，可能是儀器將干擾信號(hào)記錄為分閘時(shí)間，實(shí)際的分閘時(shí)間被數(shù)據(jù)處理軟件濾除。

通過(guò)分析電流曲線和端口曲線，發(fā)現(xiàn)干擾信號(hào)出現(xiàn)在輔助開關(guān)分離的瞬間，如圖2～圖5 中的紅色虛線所示，從而推斷干擾源有可能來(lái)自輔助開關(guān)分離的瞬間，線圈的反向電動(dòng)勢(shì)高，產(chǎn)生了很大的輻射信號(hào)，對(duì)儀器的測(cè)量信號(hào)造成了干擾。

（2）干擾源驗(yàn)證試驗(yàn)

為明確干擾信號(hào)來(lái)源，使用2 臺(tái)儀器進(jìn)行干擾驗(yàn)證，一臺(tái)儀器進(jìn)行線圈控制觸發(fā)分合閘信號(hào)，但不進(jìn)行信號(hào)采集，另一臺(tái)儀器不進(jìn)行線圈控制觸發(fā)分合閘信號(hào)，但進(jìn)行信號(hào)采集，觀察端口干擾情況。

分析圖6～圖7，線圈控制觸發(fā)與信號(hào)采集分開的情況下，干擾信號(hào)依然存在，說(shuō)明干擾信號(hào)通過(guò)地或者空間干擾到羅氏線圈。

圖6 合閘

圖7 分閘

對(duì)儀器非保護(hù)接地端串接一個(gè)0.1 μF/630 V 電容后，觀察端口信號(hào)變化見下圖。

比較圖7 和圖9，圖6 和圖8，干擾信號(hào)幅值明顯減小，驗(yàn)證了干擾信號(hào)通過(guò)大地對(duì)儀器產(chǎn)生干擾。

圖8 合閘

圖9 分閘

圖10 干擾信號(hào)展開圖

展開干擾信號(hào)波形，發(fā)現(xiàn)干擾信號(hào)周期接近250 us，頻率約4 kHz，幅值40 V，與儀器高頻發(fā)射端信號(hào)頻率（5 kHz）非常接近，儀器無(wú)法有效區(qū)分導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。

（3）干擾源數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)儀器控制電源輸出回路如圖11 所示，DL1，DL2 為輔助開關(guān)，HC-合閘線圈，TQ-分閘線圈。從控制回路可以看出，分合閘控制電源接在了輔助開關(guān)前端，當(dāng)輔助開關(guān)斷開的瞬間，由于合分閘線圈是電感線圈，突然斷電的瞬間，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，輔助開關(guān)兩端的電壓會(huì)瞬間升高，產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的干擾信號(hào)。

圖11 控制回路接線圖

3.2 改進(jìn)思路

（1）通過(guò)軟件增加濾波算法。因?yàn)楦蓴_信號(hào)的時(shí)間、頻率、幅值已知，干擾信號(hào)的特征明顯，所以當(dāng)儀器采集到干擾信號(hào)時(shí)，可以通過(guò)改變軟件算法進(jìn)行濾除，干擾信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)刻與真實(shí)的合分閘時(shí)刻相隔較長(zhǎng)時(shí)間，軟件處理有效。

（2）儀器接地端串接電容。通過(guò)進(jìn)一步分析干擾源產(chǎn)生的原因以及干擾信號(hào)特征，在儀器接地端串接電容后，可以有效隔離干擾信號(hào)，切斷干擾源。

（3）增加羅氏線圈抗干擾能力。對(duì)羅氏線圈增加屏蔽，提高抗干擾能力。

4 改進(jìn)后現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證試驗(yàn)

通過(guò)對(duì)干擾源的分析，改進(jìn)了儀器內(nèi)部軟件算法以及在儀器接地端串接電容后，在同串進(jìn)線5 號(hào)發(fā)電機(jī)開機(jī)狀態(tài)下，對(duì)同串進(jìn)線相鄰發(fā)變組出口斷路器8106 進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。

表2 8106 斷路器測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比表

從表2 數(shù)據(jù)可以看出，通過(guò)改進(jìn)后，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)一致。

5 結(jié)語(yǔ)

本次研究采用雙端接地技術(shù)和傳統(tǒng)試驗(yàn)方法對(duì)500 kV GIS 斷路器時(shí)間特性測(cè)量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，兩種測(cè)試方法的試驗(yàn)數(shù)據(jù)具備一致性及有效性，通過(guò)軟件增加濾波算法，儀器接地端串接電容、增加羅氏線圈抗干擾能力等多方面保證基于雙端接地技術(shù)的500 kV GIS 斷路器時(shí)間特性測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定準(zhǔn)確，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果顯著。