溫升試驗(yàn)法在評(píng)判斷路器長(zhǎng)期通流能力中的研究

高 陽，吳佳闊，趙家志，鐘宏宇，高廣政

(1. 沈陽工程學(xué)院電力學(xué)院，遼寧 沈陽 110136；2. 國(guó)網(wǎng)通化供電公司，吉林 通化 134001)

溫升試驗(yàn)法在評(píng)判斷路器長(zhǎng)期通流能力中的研究

高 陽1，吳佳闊1，趙家志2，鐘宏宇2，高廣政2

(1. 沈陽工程學(xué)院電力學(xué)院，遼寧 沈陽 110136；2. 國(guó)網(wǎng)通化供電公司，吉林 通化 134001)

為了更好地評(píng)判斷路器長(zhǎng)期通流能力，提高10 kV斷路器運(yùn)行的可靠性，對(duì)系統(tǒng)中普遍采用的且運(yùn)行若干年限的10 kV真空斷路器進(jìn)行試驗(yàn)研究和技術(shù)分析。介紹了溫升試驗(yàn)的原理，并搭建了溫升試驗(yàn)原理圖；通過溫升試驗(yàn)測(cè)試手段檢測(cè)斷路器的通流能力，對(duì)13臺(tái)斷路器的測(cè)溫進(jìn)行試驗(yàn)仿真，并生成溫升曲線對(duì)比圖。通過溫升試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)能更好地評(píng)判斷路器的長(zhǎng)期通流能力，為判斷10 kV斷路器運(yùn)行的可靠性提供借鑒。

10 kV斷路器；溫升試驗(yàn)；測(cè)溫部位；溫升曲線；可靠性

1 斷路器簡(jiǎn)介

在電力系統(tǒng)中，斷路器是重要的電器設(shè)備之一，用來實(shí)現(xiàn)電力線路的關(guān)合、開斷、保護(hù)和控制。如果斷路器在運(yùn)行中發(fā)生故障或誤動(dòng)作，將會(huì)造成嚴(yán)重的后果，會(huì)影響到電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。10 kV斷路器是電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)中的重要設(shè)備，其數(shù)量眾多、分布廣泛，發(fā)生故障的幾率較高，危害也較大。1999—2007年發(fā)生的1 500次事故，若按斷路器的電壓等級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，10 kV等級(jí)的斷路器發(fā)生故障的次數(shù)有909次，所占比例高達(dá)60.6%。因此，對(duì)10 kV電壓等級(jí)斷路器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)研究、對(duì)其長(zhǎng)期通流能力做出分析評(píng)判有十分重要的意義[1-3]。

斷路器運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)期通過電流，可引起一次回路零件尤其是絕緣件性能劣化，短時(shí)分合電流時(shí)的電弧會(huì)使觸頭燒損，使滅弧室的電氣性能降低，這就出現(xiàn)了斷路器和滅弧室的電氣使用壽命，即電壽命的問題。本文通過溫升試驗(yàn)法對(duì)斷路器的長(zhǎng)期通流能力做了詳細(xì)的分析評(píng)判，旨在為后續(xù)斷路器的長(zhǎng)期通流能力的試驗(yàn)開展提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)[4-6]。

2 溫升試驗(yàn)原理

斷路器是長(zhǎng)期載流的電器設(shè)備，由于導(dǎo)體存在一定的電阻，當(dāng)電流通過導(dǎo)體時(shí)就會(huì)產(chǎn)生熱損耗，而交變電磁場(chǎng)作用于導(dǎo)體周圍的鐵磁體和絕緣介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生鐵磁損耗和介質(zhì)損耗，所有這些都是熱源，這些熱源產(chǎn)生的熱量使開關(guān)設(shè)備的溫度升高，同時(shí)以不同的散熱方式向周圍介質(zhì)散熱，當(dāng)發(fā)熱量等于散熱量時(shí)，開關(guān)導(dǎo)體上的溫度不再升高，而保持相對(duì)恒定的溫度，這個(gè)溫度減去試驗(yàn)環(huán)境溫度就是開關(guān)穩(wěn)定的溫升。

3 試驗(yàn)過程與結(jié)果

本文所采用的樣品是從變電所運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)退出的具有一定運(yùn)行年限的VS1斷路器，共13臺(tái)，其試驗(yàn)編號(hào)和具體信息見表1。這些斷路器中，除2臺(tái)為備用未投運(yùn)的斷路器外，其余11臺(tái)的投運(yùn)時(shí)間在2006年4月—2008年9月，最短運(yùn)行年限為5年，最長(zhǎng)運(yùn)行年限達(dá)9年。

表1 斷路器的試驗(yàn)編號(hào)及信息

3.1溫升試驗(yàn)過程

對(duì)13臺(tái)VS1斷路器進(jìn)行溫升試驗(yàn)主要是通過模擬試驗(yàn)，即長(zhǎng)期給斷路器通以1 250 A的額定電流，直至溫升穩(wěn)定，比較和分析測(cè)量部位的溫升值或溫度值。在溫升試驗(yàn)規(guī)定的條件下，當(dāng)周圍空氣溫度不超過40 ℃時(shí)，斷路器設(shè)備任何部分的溫升和溫度值不應(yīng)該超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值。

溫升試驗(yàn)在開關(guān)柜中實(shí)施，通流時(shí)間不低于2 h，并采用較大電流預(yù)熱回路的辦法來縮短整個(gè)試驗(yàn)的時(shí)間；所用的測(cè)量設(shè)備是銅-康銅熱電偶。溫升試驗(yàn)原理圖如圖1所示，現(xiàn)場(chǎng)照片如圖2所示。

溫升試驗(yàn)中擬定的測(cè)溫部位是斷路器的上下梅花觸頭和開斷主體部位的上端支座，共計(jì)9個(gè)點(diǎn)，如圖3所示。為方便記錄數(shù)據(jù)，給這9個(gè)點(diǎn)分別編號(hào)，如表2所示。

圖4詳細(xì)列出了13臺(tái)斷路器溫升試驗(yàn)的測(cè)溫結(jié)果。

圖1 溫升試驗(yàn)原理圖

圖2 溫升試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片

圖3 斷路器測(cè)溫部位

(a)1號(hào)斷路器(環(huán)境溫度33.1 ℃，濕度37%)

(b)2號(hào)斷路器(環(huán)境溫度28.6 ℃，濕度52%)

(c)3號(hào)斷路器(環(huán)境溫度30.5 ℃，濕度57%)

(d)4號(hào)斷路器(環(huán)境溫度27.3 ℃，濕度71%)

(e)5號(hào)斷路器(環(huán)境溫度25 ℃，濕度75%)

(f)6號(hào)斷路器(環(huán)境溫度29.9 ℃，濕度63%)

(g)7號(hào)斷路器(環(huán)境溫度25.1 ℃，濕度68%)

(h)8號(hào)斷路器(環(huán)境溫度25.2 ℃，濕度64%)

(i)9號(hào)斷路器(環(huán)境溫度24.1 ℃，濕度70%)

(j)10號(hào)斷路器(環(huán)境溫度23.3 ℃，濕度69%)

(k)11號(hào)斷路器(環(huán)境溫度23.3 ℃，濕度64%)

(l)12號(hào)斷路器(環(huán)境溫度26.2 ℃，濕度59%)

(m)13號(hào)斷路器(環(huán)境溫度28.6 ℃，濕度50%)圖4 斷路器溫升試驗(yàn)結(jié)果

3.2溫升試驗(yàn)結(jié)果分析

《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的共用技術(shù)要求》中規(guī)定，鍍銀或鍍鎳的開關(guān)觸頭在空氣中的溫度值最高不應(yīng)超過105 ℃，并且在周圍空氣溫度不超過40 ℃時(shí)的溫升值最高不應(yīng)超過65 ℃。從這13臺(tái)斷路器的測(cè)溫部位的溫度值來看，除了1號(hào)斷路器的A相上端支座和12號(hào)斷路器的C相下觸頭的溫度略大于80 ℃外，其余測(cè)溫部位的溫度均保持在80 ℃以下，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求。從各測(cè)溫部位最高溫度值的分布來看，1號(hào)和8號(hào)斷路器的最高溫度在A相上端支座；2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)和12號(hào)斷路器的最高溫度在C相下觸頭；5號(hào)、9號(hào)、11號(hào)和13號(hào)斷路器的最高溫度在A相上觸頭；6號(hào)和10號(hào)斷路器的最高溫度在B相上觸頭；7號(hào)斷路器的最高溫度在C相上觸頭。從各測(cè)溫部位的溫升值來看，2號(hào)斷路器的A相上端支座和C相下觸頭的溫升分別達(dá)到和超過了50 ℃，12號(hào)斷路器的溫升值普遍偏高，A相、B相、C相的下觸頭和C相上觸頭及C相上端支座的溫升值均超過了50 ℃。各斷路器其余測(cè)溫部位的溫升值在30～50 ℃。

4 結(jié)論

a. 溫升試驗(yàn)結(jié)果表明，除了1號(hào)斷路器的A相上端支座和12號(hào)斷路器的C相下觸頭的溫度略大于80 ℃外，其余斷路器各測(cè)溫部位的溫度均保持在80 ℃以下，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求。

b. 運(yùn)行5～9年的斷路器其長(zhǎng)期流動(dòng)性差別不大，依然良好。各斷路器溫升值無明顯差別。

c. 每個(gè)斷路器各測(cè)溫部位的溫升值各不相同，而且差別很大。

綜上所述，溫升試驗(yàn)結(jié)果反映了斷路器的溫度變化，從而更好地判斷斷路器運(yùn)行的可靠性，為判斷路器長(zhǎng)期通流能力的研究提供借鑒。

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Study on Method of Temperature Rise Test in Judging Long Circuit Flow Capacity of Circuit Breakers

GAO Yang1,WU Jiakuo1,ZHAO Jiazhi2,ZHONG Hongyu2,GAO Guangzheng2

(1.Institute of Electric Power，Shenyang Institute of Engineering，Shenyang,Liaoning 110136，China; 2.State Grid Tonghua Power Supply Company，Tonghua,Jilin 134001, China)

In order to evaluate the long-term flow capacity of the circuit breaker and to improve the reliability of 10 kV circuit breaker operation, this paper has carried on the experimental research and the technical analysis on 10 kV vacuum circuit breaker.It is commonly used in the system and it runs for several years. Firstly, the principle of temperature rise test is introduced and the temperature rise test principle is built. Secondly, the flow rate of the circuit breaker is tested by means of temperature rise test and the temperature of 13 circuit breakers are simulated. Finally, it is concluded that the temperature of the C-phase lower contact of the A-phase upper end of the No. 1 circuit breaker. The C-phase contact of No. 12 circuit breaker is slightly larger than 80 ℃.The remaining circuit breakers temperature monitoring temperature is maintained below 80 ℃, which is much lower than the standard requirements. The temperature rise experiment can judge the long-term flow capacity of the circuit breakerbetter.It determines the reliability of 10 kV circuit breaker operation helpfully.

10 kV circuit breaker; temperature rise experiment; temperature measurement; temperature rise curve; reliability

TM561

A

1004-7913(2017)09-0013-04

遼寧省高等學(xué)校優(yōu)秀人才支持計(jì)劃資助(LJQ2014136)；教育部科學(xué)技術(shù)研究重大項(xiàng)目資助(212033)

高 陽(1974)，博士，副教授，主要研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)運(yùn)行與控制及新能源系統(tǒng)。

2017-07-07)