對罐式雙斷口斷路器分合閘同期性測試的研究

田小航

(云南電力技術有限責任公司，昆明 650217)

0 前言

本文通過對分、合閘時間檢測原理的分析，提出計劃性檢修中SF6罐式雙斷口斷路器所開展的同期性測試存在弊端，無法判斷同期性是否滿足規程要求。針對這一測試弊端展開探討，提出通過加裝斷路器在線監測系統可有效地監測各斷口的機械特性，同時為狀態檢修提供了狀態預知等技術支持。

1 同相各斷口間同期性差別大

同相斷口間的分合閘不同步時間差別太大，將嚴重影響斷路器本身的安全運行。相關規程對于斷路器的時間參量同期性測試做出了明確要求［1］。雖然在110 kV 及以上電網中所采用的多斷口斷路器，每個斷口上均裝有均壓電容器，對每個斷口的電壓分布作了強制均壓，但是在開斷過程中發生了較大的不同步，甚至有一個斷口的觸頭沒有分開，其結果相當于應由n 個斷口承受的恢復電壓，而由n－1 個斷口來承受，使其開斷時觸頭間承受的恢復電壓超過了允許值而無法快速熄滅電弧，甚至造成無法熄滅電弧從而導致斷路器爆炸的嚴重事故。因此多斷口斷路器在交接試驗、預防性試驗及大修后的試驗中，開展同相各斷口分合閘時間及同期性測量是必要的。

2 雙斷口斷路器分合閘時間測試

目前，500 kV 斷路器大多為雙斷口設備，在熄弧時兩個斷口各自承擔一半的滅弧功能，從而減小每一個斷口的電壓將，使每段的弧隙恢復電壓降低，保證觸頭及整個滅弧室的開斷性能。

針對敞開式雙斷口斷路器時間參量的測試，現階段使用的都是一種通用的雙地回路信號檢測方法，如圖1 所示。要求每一個斷口必須有一端接地，即在斷口的一端發出信號，通過區分回路的電位變化情況，進而識別出對應斷口各自的分、合閘時間參數以及同相斷口間的同期性。

圖1 雙地回路檢測原理圖

對于SF6罐式雙斷口斷路器，由于設備結構的特殊性，連接兩個斷口間的導電桿處于氣室內部，充滿SF6氣體，在不抽氣的情況下無法引出中間電位點能構成雙地回路監測通道。針對此類雙斷口斷路器，現場定檢預試中只能采用單回路測試方法，如圖2 所示。當信號從斷路器一端的三相試驗線發出時，通過斷路器另一端的信號接地與儀器保護接地構成單一的測試回路，進而測出某單一斷口的分、合閘時間參數，這樣的測試結果既無法判斷此時間參數的所屬斷口，更無法得出同相間斷口1 和斷口2 的同期性。因此并不能有效地判斷各斷口的機械特性健康狀況。

圖2 單回路檢測原理圖

當斷路器合閘時，第一個斷口合閘試驗線夾A、C 兩端并沒有發生電位變化，只有當合閘時間慢的那個斷口也合上時電位試驗夾A、C 兩端電位才會變化，如圖3 所示。此時假設斷口1 比斷口2 合閘快，在不考慮導體內阻及斷口接觸電阻的情況下，當斷口1 合閘時，ΔU1=0，ΔU2≠0，ΔU總=ΔU2≠0;當斷口2 合閘時，ΔU2=0，ΔU1=0，ΔU總=ΔU2=0。由于合閘考量的是最短時間內使ΔU總=0 的斷口，所以得到的測量值考察的是合閘時間慢的斷口2 的合閘時間;同理假設斷口2 比斷口1 合閘快，得到的測量值考察的是合閘時間慢的斷口1 的合閘時間。

當斷路器分閘時，第一個斷口分閘試驗線夾A、C 兩端立刻發生電位變化，當分閘時間慢的那個斷口也分開時電位試驗夾A、C 兩端電位已不再變化，如圖3 所示。此時假設斷口1 比端口2 分閘快，在不考慮導體內阻及斷口接觸電阻的情況下，當斷口1 分閘時，ΔU1≠0，ΔU2=0，ΔU總=ΔU1≠0;當斷口2 分閘時，ΔU2≠0，ΔU1≠0，ΔU總=ΔU1=ΔU2≠0。由于分閘考量的是最短時間內使ΔU2≠0 的斷口，所以得到的測量值考察的是分閘時間快的斷口1 的分閘時間;同理假設斷口2 比端口1 分閘快，得到的測量值考察的是分閘時間快的斷口2 的分閘時間。

圖3 SF6罐式雙斷口斷路器斷口電位變化

通過上述分析，對SF6罐式雙斷口斷路器現場測試中，傳統測試方法缺乏針對性。通過單一回路檢測原理所測出的單一時間參量，無法完全確定的幾點是:

1)斷路器合閘時，當所測單一時間參量符合制造廠技術要求時，無法判定合閘較快的那個斷口是否存在合閘時間過短，同期性較差這一安全隱患;

2)斷路器分閘時，當所測單一時間參量符合制造廠技術要求時，無法判定分閘較慢的那個斷口是否存在分閘時間過長，甚至存在極端情況:出現由于分拉桿等機械傳動部件出現問題導致某一個斷口沒有進行分閘動作;［2］

3)無論開展分閘或是合閘測試，在僅有單一時間參量的情況下，無法判定同相各斷口間的同期性是否符合相關要求。

3 單回路測試弊端分析

在運用單一回路測試SF6罐式雙斷口斷路器時，也可以通過單一分、合閘時間的歷史數據進行縱向比較分析，以此判斷SF6罐式雙斷口斷路器的機械特性狀況。假設雙斷口的某一個斷口出現問題，即兩個斷口未在同一時間分閘或者合閘，會使得兩個斷口的分合閘時間差值逐漸增大，甚至造成兩個斷口間的同期性超標。這種情況發展的趨勢相當于兩個觸頭在不同時刻進行了分合，即每一個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度縮短。此時運用單一回路進行檢測，數據上的反映將會是分閘時間慢慢變短，合閘時間慢慢變長甚至超過規定時間，可以初步判斷兩個斷口的工作出現異常，隨后可對斷路器所在氣室間隔停電并抽氣，然后抽取兩個斷口中間的信號并進行雙斷口各自分合閘時間的復測，進而判斷兩個斷口的實際工作狀態。

對于此類運用單一回路檢測積累歷史數據開展縱向比較的分析方法，筆者認為缺乏時效性，且測試數據很容易受到斷路器機械操作誤差以及測試儀器誤差帶來的影響。主要測試弊端表現在以下兩個方面:

1)目前高壓斷路器機械特性測試項目的測試周期大都為3 至5 年或者機構大修后，這導致數據積累需要漫長的時間過程，對斷路器機械操作機構的狀態監測缺乏時效，難以保證設備在運行期間不會突發機械故障。

2)對于一些承擔重要負荷的供電線路，斷路器短期內的檢修操作次數甚至大于一個檢修周期內的運行操作次數，這在一定程度上降低了操作結構的穩定性，導致測試數據的浮動。以某水電廠500 kV 六氟化硫罐式雙斷口斷路器現場測試數據為例，從試驗數據看出，由于斷路器機械穩定性以及試驗儀器誤差的影響，導致前后兩次的測試值出現浮動(B 相分閘線圈1 動作時間浮動最大，浮動值達到2 ms)。這使得數據采樣和分析過程中，難以掌握其變化情況，無法準確判斷斷路器機械特性的健康狀況。

4 分合閘時間在線監測

近年來，國內外針對斷路器機械故障的狀態監測、故障診斷技術及其分析處理方法開展了廣泛研究，提出了主要有行程和速度監測、分合閘線圈電流監測以及操作過程中振動信號監測等監測方法［3］。斷路器分、合閘時間作為判斷短路器機械故障的重要參量，也逐步成為機械特性在線監測的一項重要內容。對雙斷口斷路器各斷口分合閘時間進行長期連續地監測，不僅能夠解決傳統計劃性檢修中，對于判斷同期性缺乏針對性和時效性等問題，而且通過對每次斷口動作時間進行不間斷地記錄，可以準確掌握時間參數的變化趨勢，便于運行維護人員判斷是否存在故障的先兆，從而延長設備的維修保養周期。在線監測技術作為斷路器狀態檢修的前提，有效提高電力系統運行的安全可靠性及自動化程度的同時，也為狀態檢修提供了狀態預知的技術支持［4］。

5 結束語

綜上所述，很多高壓斷路器故障是由于機械特性不良造成的。斷路器分合閘同期性作為判斷短路器機械故障的重要參量，按照國家有關標準規定，在交接試驗、預防性試驗中都要求測量。然而由于SF6罐式雙斷口斷路器的結構特殊性，使得目前主流定檢預試中所使用的測試方法存在弊端。對于此類雙斷口斷路器，加裝機械特性在線監測系統能夠及時有效地檢測分合閘同期性，從而為判斷機械特性健康狀況提供診斷依據。

［1］DL/T 596－1996.電力設備預防性試驗規程［S］.中國電力出版社.

［2］顧顯華，曹陽，李凱.500 kV GIS 及罐式斷路器分合閘時間測試結果探討［J］.山東電力技術，2010，2，19－20.

［3］關永剛，黃瑜瓏，錢家驪.基于振動信號的高壓斷路器機械故障診斷［J］.高電壓技術，2000，26 (3):66.

［4］孫建偉，陳壘，王玉梅，等.基于LabVIEW 的斷路器振動信號監測系統［J］.供用電，2007，24 (3):48.

［5］曹陽，肖輝，莫臣.變電站高壓斷路器特性試驗問題探討［J］.高壓電器，2010，46 (3):75.