余云光，岳倩倩，余煒，何磊

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司紅河供電局，云南 蒙自 661100）

0 前言

高壓斷路器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，它可以根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行及檢修需要，將線路或其他設(shè)備投入或退出運(yùn)行。此外，在電力系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，與保護(hù)自動(dòng)裝置配合，將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除。因此，高壓斷路器除應(yīng)能承載并切除負(fù)載電流，還需具備切除故障電流的能力。為保證安全可靠運(yùn)行，高壓斷路器除必須滿足的絕緣及其他電氣性能外，其機(jī)械性能也同樣重要。有關(guān)文獻(xiàn)表明，導(dǎo)致高壓斷路器無(wú)法運(yùn)行的嚴(yán)重故障中，由機(jī)械或控制回路導(dǎo)致的故障占83%[1-2]。在斷路器停電預(yù)防性試驗(yàn)中，主要進(jìn)行斷路器的機(jī)械特性試驗(yàn)，如分合閘動(dòng)作電壓測(cè)試、分合閘時(shí)間參量測(cè)試、分合閘速度測(cè)試等[3]。以南網(wǎng)為例，Q/CSG 1206007-2017標(biāo)準(zhǔn)頒布后，要求每六年進(jìn)行一次速度特性測(cè)試，可見高壓斷路器機(jī)械特性的重要性。然而在實(shí)際生產(chǎn)中，試驗(yàn)人員在斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理上存在很多誤區(qū)，使試驗(yàn)的有效性大打折扣，甚至對(duì)檢修人員發(fā)出錯(cuò)誤的檢修指導(dǎo)，使設(shè)備隱患被掩蓋，最終導(dǎo)致事故的發(fā)生。鑒于此，筆者就斷路器分合閘動(dòng)作電壓、分合閘時(shí)間參量及分合閘速度分別展開論述。

1 分合閘動(dòng)作電壓

對(duì)于合閘動(dòng)作電壓，最基本的要求是在某一規(guī)定的最低操作電壓下保證可靠動(dòng)作。Q/CSG 1206007-2017標(biāo)準(zhǔn)的一般要求是合閘最低動(dòng)作電壓不大于80%額定操作電壓。如果超過(guò)該電壓，可能導(dǎo)致斷路器正常合閘操作或故障重合閘不成功，甚至造成合閘線圈燒毀。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)表明，一般斷路器最低合閘電壓在50%額定操作電壓左右。

對(duì)于分閘動(dòng)作電壓，最基本的要求是在某一規(guī)定操作電壓下可靠不動(dòng)作，且在某一規(guī)定最低操作電壓下可靠動(dòng)作。Q/CSG 1206007-2017標(biāo)準(zhǔn)的一般要求是在30%額定操作電壓下可靠不動(dòng)作，在65%額定操作電壓下應(yīng)可靠動(dòng)作。當(dāng)分閘動(dòng)作電壓小于30%額定操作電壓時(shí)，可能會(huì)造成斷路器誤動(dòng)作。當(dāng)分閘動(dòng)作電壓大于65%額定操作電壓時(shí)，斷路器存在拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，使故障范圍擴(kuò)大。

實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，很多斷路器在預(yù)防性試驗(yàn)合格后不久發(fā)生分合閘故障。其原因是斷路器分合閘線圈性能的改變是一個(gè)緩慢的過(guò)程。試驗(yàn)診斷的誤區(qū)是，因相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)未對(duì)此作出有效約束，試驗(yàn)人員在測(cè)試時(shí)只關(guān)注動(dòng)作電壓是否在規(guī)程合格范圍內(nèi)，而忽視動(dòng)作電壓的變化，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患。

2 分合閘時(shí)間參量

2.1 合閘時(shí)間

合閘時(shí)間是指從合閘電磁鐵通電到斷路器觸頭接通的時(shí)間。合閘時(shí)間T可分成兩部分，第一部分是合閘電磁鐵通電到合閘掣子脫扣的時(shí)間T1，第二部分是合閘掣子脫扣到斷路器觸頭接通的時(shí)間T2。以合閘電磁鐵通電瞬間為時(shí)刻0，合閘掣子脫扣瞬間為時(shí)刻t1，則合閘時(shí)間組成示意圖可用圖1表示[4]。

圖1中，T1取決于合閘電磁鐵的性能，主要包括線圈的電磁性能及鐵芯與合閘掣子的配合度；T2主要取決于儲(chǔ)能彈簧或其他儲(chǔ)能原件的性能及機(jī)構(gòu)的性能。

圖1 斷路器合閘時(shí)間

2.2 分閘時(shí)間

分閘時(shí)間是指從分閘電磁鐵通電到斷路器觸頭分開的時(shí)間。分閘時(shí)間T同樣包含兩部分，第一部分是分閘電磁鐵通電到分閘掣子脫扣的時(shí)間T1，第二部分是分閘掣子脫扣到斷路器觸頭分開的時(shí)間T2。以分閘電磁鐵通電瞬間為時(shí)刻0，以分閘掣子脫扣瞬間為時(shí)刻t1，則分閘時(shí)間組成示意圖可用圖2表示[3]。

圖2 斷路器分閘時(shí)間

圖2中，T1取決于分閘電磁鐵的性能，主要包括線圈的電磁性能及鐵芯與分閘掣子的配合度；T2主要取決于分閘彈簧或其他儲(chǔ)能原件的性能及機(jī)構(gòu)的性能。

2.3 規(guī)程要求

規(guī)程及廠家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)均未對(duì)T1、T2作出具體要求，只對(duì)T1、T2之和T作出相關(guān)規(guī)定，Q/CSG 1206007-2017標(biāo)準(zhǔn)對(duì)分合閘時(shí)間T的規(guī)定如下：

1）分合閘時(shí)間應(yīng)符合制造廠規(guī)定[2]；

2）除制造廠另有規(guī)定外，相間合閘不同期不大于5 ms，相間分閘不同期不大于3 ms[2]。

2.4 診斷誤區(qū)

無(wú)論分閘還是合閘，分合閘時(shí)間T均由兩部分組成。因此，當(dāng)時(shí)間參量T超出廠家規(guī)定值或三相不同期超過(guò)規(guī)程要求時(shí)，可能的原因有三種：

1）分合閘電磁鐵性能改變，造成T1發(fā)生變化；

2）儲(chǔ)能彈簧、分閘彈簧或其他儲(chǔ)能原件性能改變，造成T2發(fā)生變化；

3）兩種因素的綜合作用，使T1、T2均發(fā)生變化。當(dāng)分合閘時(shí)間T不合格時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步分析原因，才能對(duì)癥檢修。而在實(shí)際檢修工作中，檢修人員通常只對(duì)分合閘電磁鐵進(jìn)行調(diào)整，使分合閘時(shí)間參量測(cè)試數(shù)據(jù)滿足規(guī)程及廠家要求。只關(guān)注試驗(yàn)數(shù)據(jù)的最終結(jié)果，而不重視數(shù)據(jù)異常的原因分析，這是一個(gè)很大的誤區(qū)。

當(dāng)分合閘時(shí)間參量不合格是由儲(chǔ)能彈簧、分閘彈簧或其他儲(chǔ)能原件性能改變?cè)斐蓵r(shí)，通過(guò)調(diào)整分合閘電磁鐵而使試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，不但無(wú)法消除缺陷，還將設(shè)備隱患掩蓋起來(lái)，最終導(dǎo)致不良后果。

正確的處理方法是，當(dāng)分合閘時(shí)間T不合格時(shí)，應(yīng)根據(jù)速度測(cè)試結(jié)果，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，找出數(shù)據(jù)異常的原因，根據(jù)具體原因進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整。

3 分合閘速度

3.1 測(cè)試意義

斷路器分合閘時(shí)，觸頭運(yùn)動(dòng)速度是斷路器的重要特性參數(shù)，最重要的是剛分、剛合速度，直接影響斷路器的工作性能[5]。合閘速度不足會(huì)引起觸頭合閘顫動(dòng)，使觸頭預(yù)擊穿時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，甚至合閘不到位，造成嚴(yán)重后果；分閘速度不足，會(huì)使電弧燃燒時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致滅弧室壓力增大，輕則燒壞觸頭，重則斷路器爆炸[6]。

3.2 測(cè)試方法

斷路器速度測(cè)試的方法主要有旋轉(zhuǎn)傳感器法、直線傳感器法以及加速度傳感器法，其中加速度傳感器測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性還有待研究。旋轉(zhuǎn)傳感器法和直線傳感器法本質(zhì)上是一樣的，在斷路器機(jī)械特性測(cè)試儀中輸入斷路器的行程參數(shù)，傳感器的輸出電壓與斷路器行程自動(dòng)匹配，并以電信號(hào)的形式繪制出行程曲線[7]。因?yàn)榉趾祥l速度測(cè)量原理相同，以合閘行程曲線為例進(jìn)行分析，如圖3。其中坐標(biāo)橫軸為時(shí)間軸，縱軸為斷路器行程，t1為合閘掣子脫扣時(shí)刻。

斷路器在合閘過(guò)程中，速度不是恒定不變的，各時(shí)刻的瞬時(shí)速度vt是該時(shí)刻行程曲線的導(dǎo)數(shù)，即

在工程應(yīng)用時(shí)，測(cè)試各時(shí)刻的瞬時(shí)速度實(shí)際意義不大。一般對(duì)合閘而言，剛合速度是最重要指標(biāo)參數(shù)[8]。一般定義動(dòng)靜觸頭接觸前10毫秒的平均速度為剛合速度。

圖3 斷路器合閘行程曲線

3.3 診斷誤區(qū)

Q/CSG 1206007-2017標(biāo)準(zhǔn)對(duì)斷路器速度測(cè)試的要求是測(cè)量方法和測(cè)量結(jié)果符合制造廠規(guī)定。不同廠家不同型號(hào)斷路器分合閘速度標(biāo)準(zhǔn)不一，分合閘速度通常為一范圍值。以220 kV某型號(hào)斷路器為例，其合閘速度標(biāo)準(zhǔn)為3.6±0.6 m/s，分閘速度標(biāo)準(zhǔn)為8.0±0.5 m/s。試驗(yàn)人員在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)速度測(cè)試時(shí)，只要測(cè)試數(shù)據(jù)滿足廠家標(biāo)準(zhǔn)范圍，就會(huì)簡(jiǎn)單地判斷該斷路器速度特性合格。根據(jù)上述分析，這顯然是不足的。由圖3合閘行程曲線可知，合閘速度數(shù)據(jù)合格，只能說(shuō)明行程曲線在剛合前的平均斜率符合要求，合閘速度滿足斷路器的電氣性能指標(biāo)。當(dāng)行程曲線出現(xiàn)整體水平位移時(shí)，斷路器剛合速度并不會(huì)改變，但斷路器必然存在機(jī)械缺陷。

4 速度測(cè)試案例

2018年，在本局某220 kV變電站220 kV斷路器間隔預(yù)防性試驗(yàn)中，試驗(yàn)人員在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)斷路器時(shí)間參量不合格，但速度測(cè)試數(shù)據(jù)符合廠家標(biāo)準(zhǔn)。該斷路器為三相獨(dú)立機(jī)構(gòu)，主要技術(shù)參數(shù)見表1，合閘時(shí)間及速度測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。

表1 斷路器主要技術(shù)參數(shù)

表2 合閘時(shí)間及速度測(cè)試數(shù)據(jù)

從表2測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，C相合閘時(shí)間參量及三相同期性均超標(biāo)，但合閘速度測(cè)試數(shù)據(jù)滿足廠家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。C相合閘時(shí)間參量不合格的因素，本文已經(jīng)闡明。根據(jù)上文所述，合閘速度合格而時(shí)間不合格，可以判斷造成C相時(shí)間參量超標(biāo)的原因?yàn)楹祥l電磁鐵，從而對(duì)C相合閘電磁鐵進(jìn)行調(diào)整，這是很多檢修試驗(yàn)人員容易步入的誤區(qū)。下面對(duì)合閘行程曲線作進(jìn)一步分析，圖4為該斷路器三相合閘速度測(cè)試行程曲線。

圖4 三相合閘速度測(cè)試行程曲線

表3 合閘時(shí)間及速度復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)圖4三相合閘速度測(cè)試行程曲線，分析得出以下三點(diǎn)結(jié)論：

1）A、B、C三相行程曲線起始時(shí)刻相同，即合閘電磁鐵脫扣時(shí)間相同，可以排除合閘電磁鐵缺陷造成C相合閘時(shí)間參量超標(biāo)；

2）A、B兩相行程曲線基本重合，C相行程曲線在40 mm之前上升幅度較小，之后上升幅度與A、B兩相基本相同，特別是行程末端曲線斜率基本相同，即剛合速度相同，這與測(cè)試數(shù)據(jù)相吻合；

3）C相行程曲線在時(shí)間軸上被拉長(zhǎng)，主要原因是斷路器C相在合閘行程前40 mm速度比A、B兩相慢得多，因此造成C相合閘時(shí)間參量超標(biāo)的原因是機(jī)械卡澀或儲(chǔ)能彈簧異常。

根據(jù)以上分析，檢查人員對(duì)C相機(jī)構(gòu)進(jìn)行潤(rùn)滑等相關(guān)處理，并對(duì)儲(chǔ)能彈簧壓縮量進(jìn)行逐步調(diào)整，直到C相合閘時(shí)間參量滿足要求。調(diào)整完成后的時(shí)間參量及速度復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)見表3。

再對(duì)機(jī)構(gòu)調(diào)整后三相合閘速度測(cè)試行程曲線進(jìn)行比較，如圖5。

圖5 機(jī)構(gòu)調(diào)整后合閘速度測(cè)試行程曲線

從圖5可以看出，C相機(jī)構(gòu)調(diào)整前行程曲線40 mm之前上升幅較小的情況得到顯著改善，且A、B、C三相合閘行程曲線基本重合。至此，可以確定本臺(tái)斷路器機(jī)構(gòu)缺陷成功消除。

5 結(jié)束語(yǔ)

1）斷路器分合閘動(dòng)作電壓試驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)判斷依據(jù)也不復(fù)雜，試驗(yàn)人員僅根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)是否在規(guī)程要求范圍作出試驗(yàn)結(jié)論，而缺乏對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化量的分析，使很多設(shè)備隱患不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)；

2）斷路器分合閘時(shí)間參量及速度測(cè)試數(shù)據(jù)之間存在很多內(nèi)在的關(guān)聯(lián)，不能進(jìn)行孤立分析。當(dāng)其中一項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)不合格時(shí)，應(yīng)同時(shí)分析另一項(xiàng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，方能找到缺陷的真正原因；

3）對(duì)斷路器分合閘速度試驗(yàn)數(shù)據(jù)的判斷，不僅要看分合閘速度是否滿足廠家技術(shù)要求，還應(yīng)關(guān)注分合閘行程曲線的變化。否則容易對(duì)斷路器的異常數(shù)據(jù)作出錯(cuò)誤的判斷，甚至將潛在的設(shè)備隱患掩蓋。