斷路器操動機構動作低電壓測試

摘要：本文介紹了斷路器操動機構動作低電壓測試的原理和意義，分析和指出了低電壓測試的方法，并結合筆者檢修工作重點分析了典型的低電壓測試案例，闡明了低電壓測試對狀態檢修工作的開展和提高設備運行可靠性的關鍵作用。

關鍵詞：斷路器 合閘 分閘 最低動作電壓

1 概述

作為斷路器特性測試的一個重要的內容，斷路器操動機構動作低測試主要是為了驗證斷路器線圈是否靈敏和可靠，并且還能夠測試整個操作機構在非額定動作電壓下的性能。操動機構可靠的合閘的時候，通常操動機構的電壓是保持在( 85％-110％)Un的范圍之內的；斷路器分閘的電壓是大于65％Un；另外當斷路器的電壓小于30％Un的時候，斷路器是不能夠分閘的。最額定操作電壓的30%到65%之間是高壓斷路器操動機構分、合閘電磁鐵線圈的最低動作電壓，在這個范圍之內能夠保證斷路器的正常的運行，并進行可靠動作。而規定的下限30%主要是考慮的其中的誤差值。由于二次直流系統在絕緣不良，高阻接地的情況下，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”。還有可能會發生分閘的現象，比如當動作電壓比較低，斷路器在強電的環境下，很容易造成強電磁的干擾，并發生分閘。而有的時候斷路器失靈，在事故發生的時候失去保護作用，不能夠進行正確的動作，這主要是因為電壓過高造成的。

斷路器在電網的作用是開斷、關合和承載運行中的正常電流，并在規定的時間內關合或開斷規定的短路電流。要使斷路器能達到這些要求，其操動機構必須長期保持可靠動作，并且動作的速度和時間要滿足滅弧特性的要求。但是這幾年來操動機構分合閘脫扣器出現的拒動和誤動的故障頻發，有的已嚴重影響斷路器的正常運行，所以應當引起檢修工作人員的足夠重視。在2011年的春季預防性試驗工作中，將動作低電壓測試作為斷路器特性試驗的必測項目，排除了數次事故隱患。

2 最低動作電壓Umin的理解和分析

最低動作電壓Umin一般都在斷路器分、合閘回路的兩端測試，而《電氣設備預防性試驗規程》中規定的Umin明顯是指線圈兩端的電壓，且Umin應是線圈兩端而非分、合閘回路兩端的額定電壓。因此對測試點的選取和對的理解均影響對Umin是否合格的判斷。分、合閘回路可看作是其它電阻Umin(包括分、合閘電阻與電纜等值電阻)與線圈電阻R相串聯的回路，則線圈兩端電壓與回路兩端電壓成正比。因此一般在分、合閘回路兩端測試Umin，且以其滿足30%-65%額定控制電壓來作為線圈的合格判據，這樣既能測試Umin，又能檢測分、合閘回路，且完全符合規程規定的要求。

3 最低動作電壓測試方法的分析

Umin的現場測試方法一般是在分、合閘回路兩端試加電壓直至斷路器脫扣動作，動作時的電壓記為Umin。試加電壓的方法有兩種：①慢加電壓法帶上分、合閘回路負載，利用調壓器慢加電壓直至斷路器動作，記錄此時的Umin；②瞬時沖擊法先將直流輸出調至一定電壓(多為下限66V)后瞬時加在分合閘回路兩端，如不能動作，再逐步調高電壓；如可靠動作，再逐步調低電壓，多次調整并瞬時加壓，直至斷路器恰好能動作，記錄此時的U。兩種方法中前者不符合斷路器動作原理，故U不準。現場檢修發現后者所測U一般比前者低；后者所測U合格的10kV VS1型斷路器有時甚至在慢加電壓至額定控制電壓以上時都不能動作。

經過《斷路器最低動作電壓測試方法的探討》中對脫扣力和脫扣功的分析得知瞬時沖擊時機構脫扣所需的電壓比慢加電壓時低，但斷路器的動作原理是線圈瞬時受電從而使斷路器動作，故用瞬時沖擊法更能反映此原理，測試的Umin也更準確。當然其前提條件均是測試電源的內阻為零。但現場測試時該內阻有時不可能為零，以致對測試結果有很大的影響。為更準確地測定斷路器的Umin，可采用等效負載法來消除誤差。

所以，采用瞬時沖擊法對斷路器的最低動作電壓進行測量，測量儀器為低電壓動作箱和斷路器特性分析儀。

4 低電壓測試案例分析

在預防性試驗工作中，通過動作低電壓的測試試驗，排查出數臺低電壓動作不合格的設備，盡早的發現了缺陷，避免了惡性停電事故的發生。現將幾個典型案例進行技術分析。

4.1 直流電磁鐵鐵心卡澀：某220kV斷路器采用液壓操動機構。其合閘線圈采用直線螺管式電磁鐵，線圈額定電壓是直流220V。斷路器檢修后做80％的動作電壓合閘試驗時，卻合不了閘。現場檢查情況是：液壓機構的壓力在額定值，排除了低油壓力閉鎖。用萬用電表檢查分閘回路電阻110Ω(接近線圈直流電阻)，又可排除電氣回路的故障。通過進一步檢查發現電磁鐵鐵心不能動作的原因是，電磁鐵鐵心卡澀。通過調整電磁鐵使之靈活后，重新做80％的動作電壓試驗，斷路器合閘正常。如果不做動作電壓試驗，該缺陷是沒辦法發現的，一旦投入運行，將會出現動鐵心不能動作，還會因線圈長期加電壓而被燒毀的故障；即使動鐵心能動作，但也會影響合閘時間。

4.2 直流電磁鐵工作間隙太大：某110kV六氟化硫斷路器，采用彈簧操動機構，線圈額定電壓是直流220V。對斷路器檢修后做65％的動作電壓分閘時，卻分不了閘。現場檢查情況是：SF6氣體壓力都在額定值，排除了低SF6氣體壓力閉鎖。用萬用電表檢查合閘回路電阻88Ω(接近線圈直流電阻)，又可排除電氣回路的故障。通過進一步檢查發現電磁鐵鐵心運動行程為3.7mm(標準為2.8～3.2mm)，可見造成不能動作的原因是動靜鐵心的工作間隙太大。因為電磁鐵的吸力與動靜鐵心的工作氣隙平方成反比，現氣隙大，所以磁阻大、吸力小。通過調整動靜鐵心的行程，重新做65％的動作電壓試驗，斷路器合閘正常。但是這里一定要注意不能把工作間隙調整得太小，太小了電磁鐵反而不能動作，只有通過做動作電壓試驗才能把工作氣隙調整在可靠動作范圍內。

4.3 線圈匝間短路：某35kV真空斷路器采用CT8型彈簧操動機構。其合閘線圈是采用直線螺管式電磁鐵，線圈額定電壓是直流220V。斷路器檢修后做80％的動作電壓合閘時，卻合不了閘。現場檢查情況是：彈簧已儲能，斷路器具備合閘條件，用萬用電表檢查合閘回路電阻為30Ω(標準線圈直流電阻為68Ω)。由于直流電阻只有標準值的一半，所以可判斷故障原因是線圈匝間短路。如果發生線圈匝間短路，磁通量嚴重減少會影響電磁鐵的吸力，所以動作電壓試驗時合閘電磁鐵不能動作或者動作很慢，無法打開脫扣器。

5 結語

斷路器操動機構的最低動作電壓測試對及時發現設備缺陷，避免拒分、拒合的惡性事故發生，提高設備運行可靠性意義重大。采用瞬時沖擊法對斷路器低電壓進行測試可以利用預防性試驗等停電機會及時、準確、可靠的掌握設備狀況，有效地提高設備健康水平，推動狀態檢修工作的有效開展。

參考文獻：

[1]徐國政，張節容，錢家驪.高壓斷路器原理和應用[M].北京：清華大學出版社，2000.

[2]郭賢珊，李仲夫.斷路器“偷跳”分析及改造[J].高電壓技術.2000，（1）：57-58．