真空斷路器機械特性試驗方法的改進研究

張曉鵬 高繼樂

摘要：本實驗在真空斷路器試驗相關標準的要求下對真空斷路器的機械特性試驗方法進行了研究。研究發現，導致試驗時間長的原因主要集中在斷路器的二次航空插頭插針排列密集、接線回路復雜上。這兩個因素導致試驗延長的時間占所有因素的90%左右。針對這兩個因素，本實驗對真空斷路器機械特性試驗過程、結果進行詳細研究并進行了改進。結果分析及提出的改進意見對真空斷路器機械特性試驗有指導意義和應用價值。

關鍵詞：真空斷路器；機械特性試驗方法；改進

作者簡介：張曉鵬（1989-），男，山東蓬萊人，國家電網山東東營市河口區供電公司，助理工程師；高繼樂（1981-），男，山東利津人，國家電網山東東營市河口區供電公司，助理工程師。（山東 東營 257200）

中圖分類號：TM561.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）06-0266-02

國家電網成立后，電網迅猛發展，規模不斷壯大。35kV系統基本實現雙電源環網運行，10kV系統實現手拉手，部分區域實現“網格化”供電，電網結構進一步完善，供電能力大幅提高。隨著我國農網改造工程的不斷推進，農網改造的領域和深度也逐漸擴大。但由于農村用電負荷小，面積廣，因此35kV/10kV供電方式在廣大的農村地區仍將長期存在。[1]隨著電網的迅速發展，對變電站電力設備進行預防性試驗時產生的問題日益顯現，其中以斷路器機械特性試驗最為突出。

高壓斷路器是電力系統中重要的控制設備。當系統正常運行時，它能切斷和接通線路以及各種電氣設備的空載和負載電流；當系統發生故障時，它和繼電保護配合，能迅速切斷故障電流，以防止擴大事故范圍。因此，高壓斷路器的好壞直接影響到電力系統的安全運行。[2]電網中高壓斷路器的運行數量多，運行條件和技術要求比較復雜，其運行可靠性不僅關系到高壓斷路器本身，而且影響到其他設備乃至整個電網。

國家電網電力科學研究院對高壓開關事故的統計表明，80%的高壓斷路器故障是由于機械特性不良引起的。同時，隨著高壓斷路器技術的發展，本體（即電氣絕緣部分）故障率大幅度下降，故障主要集中在其操作機構部分，而操作機構的動作狀況也可通過機械特性試驗準確地得到反映。因此，對高壓斷路器的機械特性進行測試是一項很重要的工作。高壓開關機械特性試驗包括分合閘時間、三相同期性、彈跳次數、行程等，目的是檢測高壓開關的可靠性，根據試驗結果判斷高壓開關是繼續使用、維修或更換。其中10kV KYN28型開關柜在10kV線路中廣泛運用，但對其中的斷路器進行機械特性試驗時，試驗時間較長，斷路器機械特性試驗效率較低。[3]

為了提高試驗人員工作效率，確保人員和設備安全，盡量減少人為因素造成的短路、誤動等危險點。本文基于對國際電工委員會（IEC）制定的高壓斷路器關合試驗標準的理解和認識，對10kV KYN28型開關柜斷路器機械特性試驗進行了改進，給出了提高試驗效率縮短試驗時間的方法。

一、斷路器機械特性試驗情況調查

在現場試驗中，斷路器的機械試驗主要包括機械操作試驗、機械特性試驗兩部分。機械操作試驗是斷路器處于空載（即主回路沒有電壓、電流）情況下進行的各種操作性試驗，目的是驗證斷路器機械性能及操作可靠性的試驗。機械特性實驗主要包括分合閘時間和同期性、分合閘速度及分合閘動作電壓的測試。[4]

2012～2013年春秋檢在對河口區所轄變電站的10kV KYN28型開關柜中的斷路器進行機械特性試驗時，對試驗時間造成影響的原因主要集中在斷路器的二次航空插頭接線密易短路、誤碰相鄰插針上。2012年春檢所有原因造成試驗時間延長的次數為64次，共計754分鐘。由于上述兩種因素造成試驗時間延長的次數為57次，占延長總次數的89.06%；造成試驗延長時間共計697分鐘，占延長總時間的92.44%。2012年秋檢所有原因造成試驗時間延長的次數為65，共計768分鐘。由于上述兩種因素造成試驗時間延長的次數為57次，占延長總次數的87.69%；造成試驗延長時間共計699分鐘，占延長總時間的91.02%。2013年春檢所有原因造成試驗時間延長的次數為53次，共計633分鐘。由于上述兩種因素造成試驗時間延長的次數為51次，占延長總次數的96.22%；造成試驗延長時間共計617分鐘，占延長總時間的97.47%。

我公司2012～2013年春、秋檢時，對10kV KYN28型開關柜中的斷路器進行機械特性試驗的時間最短為22分鐘，平均最短時間為27.8分鐘；本市其他供電公司的相關時間最短為22分鐘，平均最短時間為24.8分鐘。

對10kV KYN28型開關柜中的斷路器進行機械特性試驗的時間造成影響的原因集中在斷路器的二次航空插頭接線密易短路、誤碰相鄰插針上，占目前造成試驗時間延長總次數的85%以上，占目前造成試驗時間延長總時間的90%以上。如果去除這兩個因素的影響，2012年春檢相關試驗的平均時間則為28.8-697/106=22.22（分鐘），2012年秋檢的平均時間則為29.2-699/106=22.6（分鐘），2013年春檢的平均時間則為27.8-617/106=21.98（分鐘）。

二、斷路器機械特性改進試驗

隨著社會的發展，人們對用電安全的可靠性要求越來越高，高壓斷路器在電力系統中擔負著控制和保護的雙重任務，其性能的優劣直接關系到電力系統的安全運行。對高壓斷路器的機械特性實驗也提出了較高的要求。然而，在實際高壓斷路器機械特性試驗中的斷路器機械特性試驗的方法存在較多實際問題，影響了機械特性試驗的質量和效率。針對高壓斷路器機械故障相對頻繁的特點對高壓斷路器機械特性實行了改進。針對某公司10kV KYN28型開關柜中的斷路器進行機械特性試驗的時間造成影響的原因并給出了高壓斷路器機械特性的一種改進方法。

1.原因分析

從機械特性試驗過程可以看出：造成人員進行斷路器機械特性試驗時間長的末端原因共有以下方面：

（1）GDZ-58插針排列密集，易造成短路損壞試驗設備：10kV KYN28型開關柜一般配置VS1等手車式斷路器。該斷路器具有結構緊湊、靈活方便、操作可靠等諸多優點，但在測試其機械特性時，分合閘操作回路、儲能回路不易接線。一般是通過其GDZ-58型二次插針處進行夾線。但是這樣由于GDZ-58型二次插座插針排列多而且密集，插針間的距離不到1cm，極易造成分合閘線與公共電源線短路，燒毀試驗設備。

（2）接線回路復雜，易燒毀元器件：10kV KYN28型開關柜一般配置VS1型斷路器。該斷路器內部結構復雜，包含大量直流、交流、電路板、諸多電子元器件。大部分電子元器件都屬于±24、±12V工作電壓，而試驗設備操作分合閘回路電壓為±220V。其GDZ-58型二次插座插針排列多而且密集，操作過程極易誤碰觸及其他插針，造成弱電回路過電壓，燒毀電路板和電子元器件，造成不必要的損失。

（3）任務重，時間緊，惡劣環境，缺少完善的試驗方法，沒有制定詳細的管理辦法。

2.制定對策

GDZ-58插針排列密集易造成短路損壞試驗設備。據試驗統計，斷路器機械特性試驗時間長受此原因影響占45%左右。改進試驗方法增加可移動GDZ-58插座。

3.對策實施

根據制定對策進行實施：通過認真分析研究10kV KYN28型開關柜結構并對歷年其斷路器機械特性試驗過程、結果進行詳細研究，實驗中制作了一個與GDZ-58型二次插針相配套的可移動二次插座。首先選用可與GDZ-58型二次插針相配套的二次插座；其次，將所有插座中58個插針全部用2.5mm2硬銅線引出，并分別打上1、2、3……等線號以便接線區分；最后，用PVC膠帶將出線端纏繞以防止線間短路。如圖1、圖2所示。

傳統做斷路器機械特性試驗的方法由于插針排列緊密，接線回路復雜，容易造成短路。改進后的優點：可移動的二次航空插座可以隨便調節插針接線，可以更改接線方式而不會造成插針間短路；靈活方便，便于攜帶，便于使用；經濟實惠，方便可行。

4.現場試驗測試并分析測試結果

查看每個有10kV KYN28型開關柜及配套斷路器的變電站相關圖紙，確定每個變電站進行斷路器機械特性試驗的接線線號，進行相關記錄，方便以后試驗。班組試驗人員挑選10組10kV KYN28型開關柜進行斷路器機械特性試驗，記錄實驗數據，查看新裝置性能效果。根據10組試驗效果，發現新做GDZ-58型二次插座方便快捷、安全可靠，極大提高了試驗效率。

5.效果檢查

針對二次航空插頭插針排列密集進行試驗方法改進后，接線回路復雜的問題得到了有效控制，實驗數據如表1、表2。

表1 改進后斷路器進行機械特性試驗時間統計表

1 2 3 合計

總試驗（次數） 42 43 44 129

試驗平均時間（m） 22.5 21.3 20.5

總試驗平均時間（m） 21.43

表2 綜合改進前后的試驗時間統計表

2012年春檢 2012年秋檢 2013年春檢 改進后

斷路器機械特性試驗時間（m） 28.8 29.2 27.8 21.43

通過表1、表2可以得出，進行試驗方法改進后二次航空插頭插針排列密集、接線回路復雜的問題得到了有效控制，提高了人員和設備的安全系數，明顯縮短了斷路器機械特性試驗時間。針對自主研制的GDZ-58型二次插座效果良好，可以在以后試驗及相近試驗推廣。比如35kV站內開關KYN型開關柜也將此方法加以利用改進。

三、結論

斷路器是電力系統中重要的控制和保護設備，也是變電站里機械和電氣動作最頻繁的設備，其安全可靠運行具有十分重要的工程實際意義。統計分析表明，10kV KYN28型開關柜及配套斷路器的變電站的機械特性試驗中二次航空插頭插針排列密集、接線回路復雜的問題影響了試驗的質量和效率。本試驗針對該問題進行了改進，使得二次航空插頭插針排列密集、接線回路復雜的問題得到了有效控制，提高了人員和設備的安全系數，明顯縮短了斷路器機械特性試驗時間。并且針對自主研制的GDZ-58型二次插座效果良好，可以在以后試驗及相近試驗推廣，比如35kV站內開關KYN型開關柜也將按此方法加以利用改進。

參考文獻：

[1]韋春霞.35kv變電站設計方案優化探討[J].科技資訊，2008，（35）.

[2]黎峰.高壓斷路器液壓機構故障檢查處理的技術探討[J].電氣開關，2009，（5）.

[3]賀政.高壓斷路器機械特性測試的意義及實踐[J].電力安全技術，2012，（8）.

[4]劉皓宇，金長星.高壓開關分合閘同期性測試系統[J].高壓電技術，2005，（1）.

（責任編輯：王祝萍）