500 kV GIS及罐式斷路器分合閘時間測試結果探討

顧顯華，曹 陽，李 凱

（山東電力超高壓公司，山東 濟南 250021）

0 引言

斷路器的分合閘時間考察的是斷路器的分合閘線圈從接到按鈕指令到主觸頭斷開或者接觸所用的時間，是斷路器的主要技術參數，也是反映斷路器滅弧能力和健康狀況的一項很重要的指標,需要在實際工作中根據規程定期測量。在日益成為主網架的500 kV超高壓電網中,GIS以及罐式雙斷口斷路器由于其占地小和免維護的特點使用越來越廣泛。但在測量其分合閘時間時,目前的測量方法只能得到其中一個斷口的值，因此不能完全反映整個機構的健康情況。

1 500 kV敞開式斷路器的測試方法

目前500 kV斷路器大多為雙斷口設備，在滅弧時兩個斷口即兩個滅弧室各自承擔一半的滅弧功能，從而減少每一個斷口的開斷電壓，保證觸頭及整個滅弧室的開斷性能。對敞開式設備，以ABB的HPL-550B2開關為例，分合閘時間測試方法［1］如圖1。

在圖1所示開關兩端及中間的導電部位三連箱上接一個試驗端子，中間的夾子B作為分割左右斷口的測試點，就可以用夾子A、B和B、C分別測量左右兩個斷口的特性。

圖1 敞開式ABB斷路器機械特性試驗方法

2 GIS及罐式斷路器的分合閘時間測試方法

對于GIS內的開關及罐式斷路器，由于連接兩個斷口間的三連箱處于氣室內部，充滿SF6氣體，在不抽氣的情況下無法引出中間抽頭，所以無法得出兩個斷口各自的分合閘時間，而只有一個統一的時間值。如圖2所示。

具體的接線方式為，對于罐式斷路器，即在停電的情況下將試驗線夾裝在兩個套管的接線板上即可。對于GIS的斷路器，由于GIS設備的整體性，其接線方式更為復雜，如圖3所示。

由圖3對所測GIS的開關，由于無法像敞開式設備一樣直接尋找開關的兩端進行測量，所以在實際工作中，一般選擇拉開GIS斷路器兩側的隔離開關DS，然后合上兩側的接地開關ES，再將其中一個 ES 的接地片取下［2］，如圖 4。

圖2 GIS及罐式斷路器內部斷口結構

圖3 罐式斷路器設備間隔圖

圖4 GIS斷路器測試試驗線夾接線位置

這樣當試驗夾夾在其中一個接地刀閘上時，由于其接地片已經取下，相當其不接地，試驗線夾就夾在了斷路器的一側；而另一側的接地刀閘直接接地，只要將儀器的另一測試端也接地，也相當于接在了斷路器的另一側，這樣就可以對GIS進行分合閘時間的測試。

3 GIS及罐式斷路器分合閘時間測試方法的缺點

由于GIS及罐式斷路器機械特性測試取信號的特殊性，上述測量方式實際上只能得到斷路器兩個斷口其中一個斷口的分合閘時間值，而不是像敞開式設備能測得兩個斷口的值。

由目前大多數特性測試的原理，對于開關動靜觸頭斷口的時間測量，考察的是電位的變化。如圖5所示。

圖5 敞開式斷路器機械特性試驗接線位置示意圖

由圖5，測試時認為對應夾子電位變化的時間為測量終結時間，其與線圈通電時間的差值就是測量的分合閘時間。具體為：當兩個斷口處于分閘狀態時，對應的試驗端子A、B和B、C之間電位不同。在合閘瞬間，A、B和B、C之間的電位變得相同。從而根據此變化時刻得到分合閘時間的測量終結時刻［3］。而根據下圖所示的GIS及罐式斷路器的測試方式：

圖6 GIS及罐式斷路器機械特性試驗接線位置示意

由電位變化的測量原理可以得出：

當斷路器合閘時，第一個斷口合閘時試驗線夾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兩端電位才會變化。所以所得到的一個測量值考察的是合閘時間慢的那個斷口的合閘時間；

同理當斷路器分閘時，考察的是首先分閘的那個斷口的分閘時間。

由以上的兩種結果，可以看到我們無法完全確定的兩點是：

當斷路器合閘時，當總的時間符合要求時無法知道合閘快的那個斷口是否合閘時間過短即合閘速度過快；

當斷路器分閘時，當第一個斷口分閘時間符合要求時無法知道分閘時間晚的那個斷口是否分閘時間符合要求。

對第二種情況的極端判斷是：是否會出現由于分拉桿出現問題導致某一個斷口沒有分閘。

目前對于GIS及罐式斷路器生產廠家的意見，認為由于兩個斷口都受同一傳動裝置的控制，并且同期性是制造廠在調試時由機械上保證的，所以對于同相的兩個斷口的同期性，在GIS設備運行時不予考察。筆者認為這一點值得商榷。因為如果雙斷口斷路器不需要分別進行斷口測試的話，那么對于敞開式的500 kV斷路器也可以取消中間的那個節點，只取一個分合閘時間即可。測量兩個斷口各自的分合閘時間，尤其在分閘的時候，可以避免出現只有一個斷口分閘的極端情況。

圖7 GIS及罐式斷路器內部左右拉桿示意圖

如圖7，當分閘時，所得到的結果只能判斷一側的分拉桿是否工作正常，另一側的分拉桿是否正常無法測量。同時，由《電力設備交接和預防性試驗規程》，GIS斷路器機械特性的測試周期為3～5年或者機構大修后，經過幾年的運行如果對雙斷口的斷路器測試只得到單一的時間結果，就不能完整準確的判斷經過現場運行后的斷路器操動機構的左右兩個分拉桿是否都正常，進而無法判斷兩個斷口的實際工作狀態是否仍然良好。斷路器在制造時的質量合格不能確保其在常年運行之后的健康。經過現場多次的分合以及檢修操作，分合閘時間參數有可能會發生變化，從而不能保證同期的質量。

4 改進方案

根據合閘時間和分閘時間的歷史數據進行比較分析，更為準確的判斷500 kV GIS及罐式斷路器的分合閘機械特性。

對每一臺斷路器的分閘時間與合閘時間值在設備交接驗收時進行備案，當再次進行試驗時將測得的斷路器的分合閘時間值與原數據進行比較。如果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 （目前500 kV斷路器一般要求合閘同期性不大于5 ms，分閘同期性不大于3 ms）。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［4］。由于合閘時間定義為弧觸頭接觸的瞬間，分閘時間的終點定義為主弧觸頭分離的瞬間，所以觸頭的變短會使弧觸頭分離時間變短，即分閘時間變短；同理使觸頭接觸時間變長，即合閘時間變長。所以如果在分合閘時間測試的歷史累積數據中發現分閘時間在慢慢變短，合閘時間慢慢變長甚至超過規定時間時，可以判斷兩個斷口的工作出現異常。如圖8所示。

圖8 GIS及罐式斷路器機械特性測試分合閘時間統計圖

這時可以與廠家協商，在統一認為某一分拉桿出現問題的時候，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測量，進而分析兩個斷口的實際工作狀態。

由于分合閘測試的周期較長，所得的歷史數據不夠，會對機械特性的性能判斷帶來影響。所以500 kV GIS斷路器的發展趨勢，應是在設備交接時就在線安裝斷路器動作時間傳感器［5］，這樣每次斷路器的操作，傳感器都可以得到分合閘時間值，這樣就可以得到大量的歷史數據，以便更及時的對500 kV GIS及罐式斷路器的兩個斷口的實際工作狀態做出判斷。

5 結語

只有得到全面的數據，才能對斷路器的運行和健康狀態作出正確完整的評價。作為設備的管理者，不僅要確認在新設備來到時各項指標均正常，還要在設備的常年運行期間對設備的工作狀態時刻都能有一個完整的了解，這樣才能使電網長年更加可靠的運行。

［1］王焱源，張國清.斷路器動特性測量方法的研究［J］.電氣應用，2008,27(5).

［2］羅學琛.SF6氣體絕緣全封閉組合電器［M］.北京:中國電力出版社,1999,1.

［3］武漢大洋新技術有限公司.DB8003斷路器動特性分析儀使用說明書.武漢大洋新技術有限公司,2007.

［4］吳國興，鄒建偉.論高壓斷路器速度與時間的特性意義［J］.云南電力技術，2007，35(1).

［5］苑舜.高壓開關設備狀態監測與診斷技術［M］.北京:機械工業出版社,2001,2.