500 kV GIS及罐式斷路器分合閘時(shí)間測(cè)試結(jié)果探討

顧顯華，曹 陽(yáng)，李 凱

（山東電力超高壓公司，山東 濟(jì)南 250021）

0 引言

斷路器的分合閘時(shí)間考察的是斷路器的分合閘線圈從接到按鈕指令到主觸頭斷開或者接觸所用的時(shí)間，是斷路器的主要技術(shù)參數(shù)，也是反映斷路器滅弧能力和健康狀況的一項(xiàng)很重要的指標(biāo),需要在實(shí)際工作中根據(jù)規(guī)程定期測(cè)量。在日益成為主網(wǎng)架的500 kV超高壓電網(wǎng)中,GIS以及罐式雙斷口斷路器由于其占地小和免維護(hù)的特點(diǎn)使用越來越廣泛。但在測(cè)量其分合閘時(shí)間時(shí),目前的測(cè)量方法只能得到其中一個(gè)斷口的值，因此不能完全反映整個(gè)機(jī)構(gòu)的健康情況。

1 500 kV敞開式斷路器的測(cè)試方法

目前500 kV斷路器大多為雙斷口設(shè)備，在滅弧時(shí)兩個(gè)斷口即兩個(gè)滅弧室各自承擔(dān)一半的滅弧功能，從而減少每一個(gè)斷口的開斷電壓，保證觸頭及整個(gè)滅弧室的開斷性能。對(duì)敞開式設(shè)備，以ABB的HPL-550B2開關(guān)為例，分合閘時(shí)間測(cè)試方法［1］如圖1。

在圖1所示開關(guān)兩端及中間的導(dǎo)電部位三連箱上接一個(gè)試驗(yàn)端子，中間的夾子B作為分割左右斷口的測(cè)試點(diǎn)，就可以用夾子A、B和B、C分別測(cè)量左右兩個(gè)斷口的特性。

圖1 敞開式ABB斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)方法

2 GIS及罐式斷路器的分合閘時(shí)間測(cè)試方法

對(duì)于GIS內(nèi)的開關(guān)及罐式斷路器，由于連接兩個(gè)斷口間的三連箱處于氣室內(nèi)部，充滿SF6氣體，在不抽氣的情況下無法引出中間抽頭，所以無法得出兩個(gè)斷口各自的分合閘時(shí)間，而只有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間值。如圖2所示。

具體的接線方式為，對(duì)于罐式斷路器，即在停電的情況下將試驗(yàn)線夾裝在兩個(gè)套管的接線板上即可。對(duì)于GIS的斷路器，由于GIS設(shè)備的整體性，其接線方式更為復(fù)雜，如圖3所示。

由圖3對(duì)所測(cè)GIS的開關(guān)，由于無法像敞開式設(shè)備一樣直接尋找開關(guān)的兩端進(jìn)行測(cè)量，所以在實(shí)際工作中，一般選擇拉開GIS斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)DS，然后合上兩側(cè)的接地開關(guān)ES，再將其中一個(gè) ES 的接地片取下［2］，如圖 4。

圖2 GIS及罐式斷路器內(nèi)部斷口結(jié)構(gòu)

圖3 罐式斷路器設(shè)備間隔圖

圖4 GIS斷路器測(cè)試試驗(yàn)線夾接線位置

這樣當(dāng)試驗(yàn)夾夾在其中一個(gè)接地刀閘上時(shí)，由于其接地片已經(jīng)取下，相當(dāng)其不接地，試驗(yàn)線夾就夾在了斷路器的一側(cè)；而另一側(cè)的接地刀閘直接接地，只要將儀器的另一測(cè)試端也接地，也相當(dāng)于接在了斷路器的另一側(cè)，這樣就可以對(duì)GIS進(jìn)行分合閘時(shí)間的測(cè)試。

3 GIS及罐式斷路器分合閘時(shí)間測(cè)試方法的缺點(diǎn)

由于GIS及罐式斷路器機(jī)械特性測(cè)試取信號(hào)的特殊性，上述測(cè)量方式實(shí)際上只能得到斷路器兩個(gè)斷口其中一個(gè)斷口的分合閘時(shí)間值，而不是像敞開式設(shè)備能測(cè)得兩個(gè)斷口的值。

由目前大多數(shù)特性測(cè)試的原理，對(duì)于開關(guān)動(dòng)靜觸頭斷口的時(shí)間測(cè)量，考察的是電位的變化。如圖5所示。

圖5 敞開式斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)接線位置示意圖

由圖5，測(cè)試時(shí)認(rèn)為對(duì)應(yīng)夾子電位變化的時(shí)間為測(cè)量終結(jié)時(shí)間，其與線圈通電時(shí)間的差值就是測(cè)量的分合閘時(shí)間。具體為：當(dāng)兩個(gè)斷口處于分閘狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)端子A、B和B、C之間電位不同。在合閘瞬間，A、B和B、C之間的電位變得相同。從而根據(jù)此變化時(shí)刻得到分合閘時(shí)間的測(cè)量終結(jié)時(shí)刻［3］。而根據(jù)下圖所示的GIS及罐式斷路器的測(cè)試方式：

圖6 GIS及罐式斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)接線位置示意

由電位變化的測(cè)量原理可以得出：

當(dāng)斷路器合閘時(shí)，第一個(gè)斷口合閘時(shí)試驗(yàn)線夾兩端并沒有發(fā)生電位變化，只有當(dāng)合閘時(shí)間慢的那個(gè)斷口也合上時(shí)電位試驗(yàn)夾兩端電位才會(huì)變化。所以所得到的一個(gè)測(cè)量值考察的是合閘時(shí)間慢的那個(gè)斷口的合閘時(shí)間；

同理當(dāng)斷路器分閘時(shí)，考察的是首先分閘的那個(gè)斷口的分閘時(shí)間。

由以上的兩種結(jié)果，可以看到我們無法完全確定的兩點(diǎn)是：

當(dāng)斷路器合閘時(shí)，當(dāng)總的時(shí)間符合要求時(shí)無法知道合閘快的那個(gè)斷口是否合閘時(shí)間過短即合閘速度過快；

當(dāng)斷路器分閘時(shí)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)斷口分閘時(shí)間符合要求時(shí)無法知道分閘時(shí)間晚的那個(gè)斷口是否分閘時(shí)間符合要求。

對(duì)第二種情況的極端判斷是：是否會(huì)出現(xiàn)由于分拉桿出現(xiàn)問題導(dǎo)致某一個(gè)斷口沒有分閘。

目前對(duì)于GIS及罐式斷路器生產(chǎn)廠家的意見，認(rèn)為由于兩個(gè)斷口都受同一傳動(dòng)裝置的控制，并且同期性是制造廠在調(diào)試時(shí)由機(jī)械上保證的，所以對(duì)于同相的兩個(gè)斷口的同期性，在GIS設(shè)備運(yùn)行時(shí)不予考察。筆者認(rèn)為這一點(diǎn)值得商榷。因?yàn)槿绻p斷口斷路器不需要分別進(jìn)行斷口測(cè)試的話，那么對(duì)于敞開式的500 kV斷路器也可以取消中間的那個(gè)節(jié)點(diǎn)，只取一個(gè)分合閘時(shí)間即可。測(cè)量?jī)蓚€(gè)斷口各自的分合閘時(shí)間，尤其在分閘的時(shí)候，可以避免出現(xiàn)只有一個(gè)斷口分閘的極端情況。

圖7 GIS及罐式斷路器內(nèi)部左右拉桿示意圖

如圖7，當(dāng)分閘時(shí)，所得到的結(jié)果只能判斷一側(cè)的分拉桿是否工作正常，另一側(cè)的分拉桿是否正常無法測(cè)量。同時(shí)，由《電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》，GIS斷路器機(jī)械特性的測(cè)試周期為3～5年或者機(jī)構(gòu)大修后，經(jīng)過幾年的運(yùn)行如果對(duì)雙斷口的斷路器測(cè)試只得到單一的時(shí)間結(jié)果，就不能完整準(zhǔn)確的判斷經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行后的斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的左右兩個(gè)分拉桿是否都正常，進(jìn)而無法判斷兩個(gè)斷口的實(shí)際工作狀態(tài)是否仍然良好。斷路器在制造時(shí)的質(zhì)量合格不能確保其在常年運(yùn)行之后的健康。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)多次的分合以及檢修操作，分合閘時(shí)間參數(shù)有可能會(huì)發(fā)生變化，從而不能保證同期的質(zhì)量。

4 改進(jìn)方案

根據(jù)合閘時(shí)間和分閘時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，更為準(zhǔn)確的判斷500 kV GIS及罐式斷路器的分合閘機(jī)械特性。

對(duì)每一臺(tái)斷路器的分閘時(shí)間與合閘時(shí)間值在設(shè)備交接驗(yàn)收時(shí)進(jìn)行備案，當(dāng)再次進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)將測(cè)得的斷路器的分合閘時(shí)間值與原數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。如果雙斷口的某一個(gè)斷口出現(xiàn)問題，即兩個(gè)斷口未在同一時(shí)間分閘或者合閘，會(huì)使得兩個(gè)斷口的分合閘時(shí)間差值逐漸增大，甚至造成兩個(gè)斷口間的同期性超標(biāo) （目前500 kV斷路器一般要求合閘同期性不大于5 ms，分閘同期性不大于3 ms）。這種情況發(fā)展的趨勢(shì)相當(dāng)于兩個(gè)觸頭在不同時(shí)刻進(jìn)行了分合，即每一個(gè)觸頭在大于其額定開斷電壓的情況下分合電路，很容易被電弧燒傷，從而使觸頭的長(zhǎng)度縮短［4］。由于合閘時(shí)間定義為弧觸頭接觸的瞬間，分閘時(shí)間的終點(diǎn)定義為主弧觸頭分離的瞬間，所以觸頭的變短會(huì)使弧觸頭分離時(shí)間變短，即分閘時(shí)間變短；同理使觸頭接觸時(shí)間變長(zhǎng)，即合閘時(shí)間變長(zhǎng)。所以如果在分合閘時(shí)間測(cè)試的歷史累積數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)分閘時(shí)間在慢慢變短，合閘時(shí)間慢慢變長(zhǎng)甚至超過規(guī)定時(shí)間時(shí)，可以判斷兩個(gè)斷口的工作出現(xiàn)異常。如圖8所示。

圖8 GIS及罐式斷路器機(jī)械特性測(cè)試分合閘時(shí)間統(tǒng)計(jì)圖

這時(shí)可以與廠家協(xié)商，在統(tǒng)一認(rèn)為某一分拉桿出現(xiàn)問題的時(shí)候，對(duì)斷路器所在氣室間隔停電并抽氣，然后抽取兩個(gè)斷口中間的信號(hào)并進(jìn)行雙斷口各自分合閘時(shí)間的測(cè)量，進(jìn)而分析兩個(gè)斷口的實(shí)際工作狀態(tài)。

由于分合閘測(cè)試的周期較長(zhǎng)，所得的歷史數(shù)據(jù)不夠，會(huì)對(duì)機(jī)械特性的性能判斷帶來影響。所以500 kV GIS斷路器的發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)是在設(shè)備交接時(shí)就在線安裝斷路器動(dòng)作時(shí)間傳感器［5］，這樣每次斷路器的操作，傳感器都可以得到分合閘時(shí)間值，這樣就可以得到大量的歷史數(shù)據(jù)，以便更及時(shí)的對(duì)500 kV GIS及罐式斷路器的兩個(gè)斷口的實(shí)際工作狀態(tài)做出判斷。

5 結(jié)語(yǔ)

只有得到全面的數(shù)據(jù)，才能對(duì)斷路器的運(yùn)行和健康狀態(tài)作出正確完整的評(píng)價(jià)。作為設(shè)備的管理者，不僅要確認(rèn)在新設(shè)備來到時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)均正常，還要在設(shè)備的常年運(yùn)行期間對(duì)設(shè)備的工作狀態(tài)時(shí)刻都能有一個(gè)完整的了解，這樣才能使電網(wǎng)長(zhǎng)年更加可靠的運(yùn)行。

［1］王焱源，張國(guó)清.斷路器動(dòng)特性測(cè)量方法的研究［J］.電氣應(yīng)用，2008,27(5).

［2］羅學(xué)琛.SF6氣體絕緣全封閉組合電器［M］.北京:中國(guó)電力出版社,1999,1.

［3］武漢大洋新技術(shù)有限公司.DB8003斷路器動(dòng)特性分析儀使用說明書.武漢大洋新技術(shù)有限公司,2007.

［4］吳國(guó)興，鄒建偉.論高壓斷路器速度與時(shí)間的特性意義［J］.云南電力技術(shù)，2007，35(1).

［5］苑舜.高壓開關(guān)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001,2.