變電站斷路器仿真模型的研制

顧紅友 梁浩泉

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東江門529000）

1 斷路器模型的結構

斷路器模型是變電站布置Y型SF6斷路器的“縮小版”，按照變電站設備場地的斷路器結構等比例縮小至適當尺寸，包含了設備場地斷路器的基本主要部件。斷路器模型主要結構包括：滅弧室、均壓電容、三聯箱、支柱、支腿、密度繼電器、主儲壓器、工作缸、排油閥、輔助油箱、斷路器手動分合閘操作回路等[1]。

斷路器模型每相為單柱雙斷路，即每相有兩個變開距滅弧室，支柱有兩節瓷套，其作用是使斷路器與地絕緣。支柱瓷套內安裝絕緣拉桿，拉桿的上端與三聯箱內的傳動機構相連接，中間的一組對接法蘭把絕緣桿的下端與工作缸活塞桿連接起來，并裝有分、合機械指示牌。均壓電容與斷路器水平臂并列平行安裝，起到所加電壓均勻分布在斷路器兩個斷口的作用。

儲能系統采用彈簧儲能結構，由電機、兩條彈簧及其附件構成，電機是儲能機構的原動力，所有動作能量的原始來源，可通過剖面透視結構觀察其內部機構和動作配合情況。同時，斷路器模型滅弧室、操作結構均為剖面透明設計，從外面能清楚地看到其內部結構及動態操作過程。滅弧室為開放式的，無法充入滅弧介質，由滅弧介質儲存罐代替滅弧室儲存滅弧介質，且滅弧介質儲存罐和密度繼電器相互配合構成壓力閉鎖回路。

手動分合閘操作回路包含了現場斷路器從操作箱接線排至斷路器本體所有的完整分合閘回路：兩回分閘回路、一回合閘回路，在操作回路電源端加入3個按鈕，分別為手動分閘按鈕一（通過分閘回路一控制斷路器）、手動分閘按鈕二（通過分閘回路二控制斷路器）、合閘回路按鈕（通過合閘回路控制斷路器）。

同時，操作回路串入了防跳回路和壓力低閉鎖回路，可以避免在合閘按鈕粘連的情況下按下分閘按鈕，斷路器反復跳躍以及斷路器SF6絕緣介質壓力低時分合斷路器。

整個模型垂直固定在可移動的底座結構上，底座下方裝有4條支腿，在支腿的支撐下，整個斷路器模型可穩固地站在水平地面上，即便是分合斷路器，整個仿真模型也可輕松實現平穩站在地面，不發生傾斜或翻倒。

從整體結構而言，仿真模型為SF6斷路器，Y形布置，制作精細，體現細節，比例正確，色彩鮮明和諧，具有質感的真實性和觀賞性，模型噴漆經過抗氧化表面處理，以增強漆膜的粘附牢度。

2 斷路器模型的主要功能

斷路器模型按照設備場地真實斷路器等比例縮小制作而成，具備設備場地斷路器的基本功能，其能進行斷路器分合閘操作。由于其是剖面透明結構，運行檢修人員能清楚地看到斷路器滅弧室、均壓電容、三聯箱、支柱、支腿、密度繼電器、主儲壓器、工作缸、排油閥、輔助油箱等內部結構及動態操作過程，能夠演示斷路器靜動觸頭結構和分合過程、儲能系統結構和動態操作過程，模擬手動分合閘和壓力閉鎖功能。

（1）斷路器靜動觸頭結構和分合過程演示。

常規斷路器滅弧室充有滅弧氣體介質，故其是封閉良好、不透明的結構，運行檢修人員無法從外面看到斷路器靜動觸頭的結構、合分閘時觸頭的位置狀態。斷路器模型的研制，以其獨特的剖面透明結構，可通過剖面斷口觀察觸頭的形狀、動靜觸頭開距、動靜觸頭的分合速度等信息，很好地將動靜觸頭的結構和動作過程展現出來。

（2）斷路器儲能系統結構和動態操作過程。

分合閘彈簧儲存的能量是斷路器分合閘動力的直接來源，儲能系統故障將直接導致斷路器拒動或誤動，從而誤切負荷或擴大事故范圍。斷路器仿真模型完整地展現出了儲能系統的工作原理和過程。儲能系統由兩個彈簧、電機及其他機械構件組成，合閘彈簧通過電機儲存能量，分閘彈簧通過合閘彈簧儲存能量，合閘彈簧為合閘和分閘彈簧提供動力，分閘彈簧為分閘提供動力。模型具有彈簧儲能狀態的指示標志。

（3）具備完整的操作控制回路，可以模擬手動合閘、手動分閘、壓力閉鎖的功能。

操作回路采用24 V直流電源，當控制回路操作電源在投入位置，邏輯滿足分閘（合閘）要求時，即可通過分閘（合閘）按鈕，通過分閘控制回路（合閘控制回路），使斷路器的分閘線圈（合閘線圈）動作，實現斷路器的手動分閘（手動合閘）過程。將密度繼電器的輔助接點串入分合閘控制回路中，實現斷路器氣壓低時的壓力閉鎖功能，滅弧介質壓力低時，作用于密度繼電器，通過輔助觸點達到閉鎖分合閘的功能[2]。

斷路器模型除了實現設備場地斷路器的基本功能之外，更重要的是將其內部各個機構元件之間的動作和配合過程呈現給運行檢修人員。

3 斷路器模型的特點

（1）高度的仿真性和可觀察性。

囊括了設備場地斷路器的基本結構，且由設備場地斷路器結構縮小而成，并非徒有斷路器其表，而可謂“麻雀雖小，五臟俱全”，擁有斷路器的基本功能。同時，斷路器仿真模型的用途為演示和教學，其部分結構采用透明材料，以便運行檢修人員觀察。

（2）強大的演示和教學功能，可操作性強。

將斷路器的各個動作過程完整地呈現給運行檢修人員，使運行檢修人員清楚斷路器各個機構的動作配合過程和機理。傳統培訓大都是文字式的灌輸過程，PPT和材料教學形式單調，學員興趣低，遺忘率高，效果一般。使用本斷路器模型采用實操培訓的方式，學員可以通過自己觀察了解斷路器內部結構，也可自己動手操作斷路器的分合閘，形式新穎，內容豐富，運行檢修人員學習興趣提高，大大提高了培訓效率。

（3）可反復使用和移動，輻射周邊巡維中心，降低斷路器培訓成本。

本斷路器為設備場地斷路器的縮小版，小巧靈活，移動運輸方便，可分時段巡回供周邊巡維中心運行人員、檢修人員使用學習，一次性投資，重復多次共享使用，降低了培訓成本。

（4）為二次保護和刀閘留有接口空間，擴展方便。

留有二次保護和刀閘接口空間，可以較為方便地進行元器件的更新和增加，為實現更強大的功能鋪墊基礎，未來通過不斷地豐富結構，可提供更加強大的功能和更加良好的現場培訓效果。

4 斷路器模型的應用前景

斷路器模型的內部結構和動態操作過程與設備場地斷路器相同，具有較高的培訓價值，可優先滿足本變電站的斷路器知識培訓需求。斷路器模型大小適中，移動靈活，培訓工作也可輻射至周邊巡維中心。先在本供電局試用，技術成熟后可推廣至全省甚至全國電力系統，可以提高變電站運行人員的技能水平，提高設備巡檢質量，保證設備安全可靠運行[3]。同時，斷路器仿真模型留有接口空間，在未來一段時間通過對仿真模型的不斷豐富完善，加入操作箱、二次保護設備、測控設備以及兩側的隔離開關，可以形成一個完整的間隔，用其對繼保人員進行動手實操培訓，效果更好。

5 結語

綜上所述，本文詳細闡述了500 kV斷路器仿真模型研制工作的各個方面，對斷路器模型的結構、功能、特點和應用前景進行了介紹。等比例縮小斷路器模型有良好的培訓價值，可使運行檢修人員牢牢掌握斷路器內部結構、配置情況、動態操作過程和工作原理，提高運行檢修人員的技能水平，為斷路器操作和日常維護提供強有力的技能保障。