斷路器低電壓分合閘測試方法探討

曹 陽，高 琳，周 鵬

（1.山東電力超高壓公司，山東 濟南 250021；2.山東電子職業技術學校，山東 濟南 250014）

0 引言

斷路器低電壓分合閘測試是斷路器特性測試的一項重要內容，主要用來考察斷路器線圈的靈敏性與可靠性，以及整個操作機構在非額定動作電壓下的動作性能。根據DL/T593-1996《高壓開關設備的共用訂貨技術導則》中關于操動機構的有關規定：操動機構的合閘電壓在（85%～110%）Un范圍內時，操動機構應可靠合閘；電壓在大于65%Un時，斷路器應可靠分閘，當電壓小于30%Un時，斷路器應不得分閘。這樣做一方面是由于二次直流系統在絕緣不良，高阻接地以及強電磁場干擾等情況下，會在斷路器分合閘線圈兩端引入一個數值不大的直流電壓，當線圈動作電壓過低時，會引起斷路器誤分閘，俗稱“偷跳”［1］。另一方面是考察在直流系統容量由于某些原因降低時斷路器是否依然能可靠分合閘。

1 單一點測試與階梯測試比較

目前低電壓測試的常用方法是：將儀器電壓設定到測試所需電壓值，如30%電壓對應的66 V，在分閘線圈兩端加壓觀察斷路器是否動作。在檢查斷路器低電壓特性時，單獨考察30%、65%或者80%對應的一點并不完全可靠。在現場實際操作中曾遇到過這種情況，當給線圈加66 V電壓看其是否分閘的時候，第一次66 V沒有動作，第二次66 V卻動作了。后來采用階梯測試考察線圈的動作值，發現線圈的動作值是一個從66～68 V的范圍，即線圈的動作值有時是66 V，有時是68 V。以110 kV及以上等級斷路器常用的液壓操動機構為例，對這一現象進行理論分析。

分閘線圈通電后產生磁場能，作用在動鐵心上使動鐵心運動。當動鐵心接觸到液壓操動機構的一級閥時具有的動能大于一級閥被打開時所需要的能量時，一級閥被打開，分閘成功［2］。此時的分合閘線圈電流曲線如圖1所示。

圖1 分合閘線圈電流波形曲線

由圖1，當電流達到啟動電流I1時，分合閘線圈兩端電壓即最低分閘電壓Umin。 設線圈電阻為Rcoil，則有

在不同的測試環境下，由于公式（1）中的參數會發生細微的變化，導致Umin發生變化。在圖2所示的操作方式中，如果試驗線與端子排分合閘線圈對應節點連接不緊，線圈與儀器自身的電壓源之間就會產生一個過渡電阻，使Rcoil增大，進而使產生啟動電流I1所需的最低電壓Umin增大。

圖2 低電壓測試連接圖

同時，如果有外界干擾竄入試驗回路時，試驗儀器所加低電壓值在加上或者減去干擾電壓時才是真正產生啟動電流 的電壓，故在不同試驗中如果竄入干擾值也會導致低電壓的動作值存在波動而非某一個固定點。

由上分析，對30%測試即給線圈加66 V電壓時，應該按照階梯測試的方法從小于66 V的一個值，如64 V開始，以1 V、3 V或者5 V為間隔，階梯加壓直至斷路器分閘動作為止，準確考察分閘對應的電壓值。這樣做的優點是：

1）確保斷路器分閘電壓 比66 V大至少3 V以上，保證線圈在多次的30%低電壓分閘測試時均不動作。

2）將65%分閘動作的測試同時進行。雖然只得到了一個斷路器動作的數值，如75V動作，但是卻同時檢測了30%分閘不動作和65%分閘動作兩種特性。并且判斷出動作數值并不在對應30%（66 V）與65%（143 V）的邊緣位置，如67 V動作或者142 V動作，即確保了低電壓測試30%分閘不動作和65%分閘動作100%可靠。

3）目前越來越多的電力廠家、施工及管理單位出示的報告是具體的低電壓分合閘動作數值，而不只是邏輯上的“動作”與“不動作”，如圖3所示。如果只進行邏輯上的低電壓“動作”或者“不動作”的測試，就無法對廠家或者施工單位出具的報告進行有效的比對。

圖3低電壓測試報告

4）將多次測試的分合閘測試數值進行比較，還可以實現離線的長期檢測。即通過多次低電壓測試值的比較，觀察分合閘回路參數有無變化［3］，進而對斷路器的運行狀態作出實時評價。如斷路器分閘時對應的線圈電壓值從70 V逐漸增加為80 V，可以判斷分合閘線圈的電阻值在逐漸增大或者一級閥油路部分出現了卡澀。相對于投入大量資金進行分合閘線圈電流在線監測的方法［3］，用低電壓測試儀器準確記錄多次低電壓測試數據，而非“30%不動作”等邏輯術語，是一種比較經濟的長期監測斷路器操動機構性能的方案。

2 單相低電壓測量與三相低電壓測量比較

由于斷路器為A、B、C三相，故低電壓測試有單相測試和三相同時測試兩種方式。在現場試驗人員傾向于三相一起作低電壓測試。在《電氣設備交接試驗標準》［4］第 10.0.12-4和 10.0.12-5表中，規定對各種操動機構低電壓試驗的操作都要重復進行3次，以保證操作的可靠性，因此三相同時進行低電壓測試可以節約時間。可做推算如下：分閘回路兩個線圈，要測30%電壓可靠不分閘和65%電壓可靠分閘；合閘回路一個線圈，要測80%電壓可靠合閘。如果單相作，對一臺斷路器，進行的測試共有（2個分閘線圈×2種測試×3次＋1個合閘線圈×1種測試×3次）×3相＝45次，而如果三相一起做，則需要測的次數為45/3=15次，一臺斷路器就可以節省30次操作。如果連續進行多臺斷路器的測試驗收，可節省的操作次數會更多。同時，對于本文第一節說提到的階梯法測低電壓，如果每一相都從30%對應的66 V開始階梯加壓直至斷路器動作，單相操作與三相操作的次數差別會更大。

但是三相同時作低電壓測試存在以下兩個缺點：

1）三個試驗端子同時測試，存在著某一試驗端子接觸不牢靠的情況。這在分閘30%電壓下斷路器不動作測試時，會產生無法判斷試驗結果是否正確的問題。三相一起測試時，需要兩手將三個試驗端子對接于分合閘線圈正端對應的107 A（137 A），107 B（137 B），107 C（137 C）。很多廠家的端子排孔設計需要用手施加壓力使試驗端子與端子排對應孔緊密接觸。三相同時測試由于手指分開用力的原因，有些時候某一相對應的試驗端子和端子排對應接點會接觸不良，導致電壓無法施加使斷路器不動作，如圖4。

圖4 低電壓現場測試時二次接線

試驗端子接觸不牢在斷路器機械特性測試時也經常出現。即由于試驗端子與端子排對應插孔接觸不良，測試三相只有兩相出結果；接著單獨測試不動作的一相時才顯示完整的分合閘時間。

在分閘30%可靠不動作這一項測試時，如果有一相分閘30%低電壓性能不符合要求，但是使用三相共同測試而恰好對應相的試驗端子沒有接觸牢固，造成的結果也是三相都不動作，表面上看符合要求，但卻把存在的某一相30%額定電壓下分閘線圈動作的缺陷給掩蓋了。而這一缺陷的保留后果是非常嚴重的。30%額定電壓下分閘線圈不動作考察的是斷路器線圈抗外界電磁干擾及直流接地的能力，如果線圈在此方面有缺陷就有可能造成斷路器受外界干擾而跳閘而使部分電網停電的嚴重后果。

2）單相進行低電壓測試，可以檢查一些二次配線的錯誤。以一次低電壓測試問題為例，在某變電站對斷路器進行單相低電壓測試時，發現測試B相低電壓時，C相斷路器跳閘；而測試C相低電壓時B相卻跳閘。經回路檢查后發現配線人員將B相和C相的二次線接反了。發現如果采用三相同時操作驗收低電壓，卻不會發現相序配線錯誤的問題。因為假設BC兩相配線錯誤，但兩個線圈本身的低電壓特性良好，由于是三相同時加壓，因此配線出錯的兩相都會動作，而將相序出錯的問題掩蓋掉，如圖5所示。

圖5 三相同時測試無法檢查相序接線錯誤

相序接反造成的影響也是非常惡劣的。統計資料表明，單相瞬時性故障占整個電網故障的81%。假設此時某斷路器B相出現了單相瞬時性故障，重合閘就會正常送電。但是由于接線的錯誤，保護裝置跳閘和重合的卻是C相。這會導致B相變成永久性故障而增大停電時間，造成很大的經濟損失［5］。而另一方面二次配線出錯在斷路器整體安裝時有存在的可能性，因為生產廠家一般都是將設備運到現場后就地配線，每一個開關間隔的控制箱和匯控柜都有幾十條二次線要連接，如果在安裝工期不寬裕的情況下進行許多開關間隔的二次配線，就無法保證每次都100%的接對。這就需要斷路器設備的交接驗收人員盡可能通過自己的細致工作，檢查設備各方面的運行情況來發現配線的缺陷。雖然驗收規程有一項是單相跳閘測試來檢查接線，但是由于現場驗收的專業很多，工作繁重，所以用單相逐個低電壓測試來進一步驗收三相的配線是否正確，會增加驗收的可靠性，提高斷路器的使用質量。

3 結語

斷路器低電壓分合閘測試時，應該采用階梯形加壓的方式，同時單相逐個進行。雖然操作次數相對于三相同時測試的做法要多，但是這樣做既可以對分合閘動作值有準確的歷史記錄，便于查詢、比較和判斷；又可以避免出現30%分閘測試誤判以及分合閘回路二次配線出錯等問題，因此階梯加壓并單相測試更能達到斷路器低電壓分合閘試驗的根本目的。

［1］ 郭賢珊,李仲夫.斷路器“偷跳”分析及改造［J］.高電壓技術，2000，26（1）.

［2］ 王文勇.液壓彈簧操動機構分閘動作電壓限值的改進［J］.高壓電器，2008，44（1）.

［3］ 郭賢珊.斷路器最低動作電壓在線監測［J］.華中電力，2001，14（5）.

［4］ GB50150-91電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準.

［5］ 束洪春，孫士云.單相重合時序對系統暫態穩定的影響［J］.電力自動化設備，2007，27（3）.