220 kV斷路器輔助開關動作特性研究

朱仁，羅曉冬，郭文筆，朱文彬，殷亮

（國網湖南省電力公司湘西供電分公司，湖南吉首416000)

220 kV斷路器輔助開關動作特性研究

朱仁，羅曉冬，郭文筆，朱文彬，殷亮

（國網湖南省電力公司湘西供電分公司，湖南吉首416000)

通過分析斷路器主觸頭與操作機構輔助開關動作的關聯性，針對性地開展分、合閘特性測試工作，對輔助開關的動作特性試驗進行了有效的研究分析。

輔助開關；斷路器；動作特性；延時時間；控制

斷路器的分合閘動作指令是由其操動機構配置的輔助開關發出〔1〕，且輔助開關作為二次回路中的分、合閘控制開關以及聯鎖保護節點，在斷路器主觸頭分、合閘操作時應發生相應的位置變換，當斷路器處于分位時，合閘回路處于預合狀態；當斷路器處于合位時，分閘回路處于預分狀態〔2〕。目前，高壓斷路器在交接和例行試驗中，沒有相關規程對其動作特性進行規定，無法掌控斷路器輔助開關的運行健康狀況，給斷路器的健康運行帶來了重大的安全隱患。通過研究斷路器的主回路及輔助開關在分合閘過程的動作情況，對斷路器輔助開關的測試及其動作特性進行了探討分析。

1 輔助開關動作原理

斷路器的輔助開關有瞬動輔助開關和延時速動輔助開關兩種類型，合閘回路中的常閉觸點取自瞬動輔助開關，分閘回路中的常開觸點取自延時速動輔助開關，兩者之間的區別為延時速動輔助開關有一個延時控制機構——扭簧〔3〕，以延時速動輔助開關為例介紹其基本機構和動作原理。

1.1 輔助開關的基本結構

以某廠家2001年生產的F6－8ⅡK/WB輔助開關為例介紹輔助開關的結構及動作原理。該輔助開關有4開4閉共8對觸點，由主動軸、扭簧、主動卡片、從動卡片、脫扣器、靜觸點、動觸點組成，帶延時速動機械摩擦壓接接觸式結構，如圖1所示。

圖1 220 kV斷路器輔助開關

主動轉軸與斷路器操作拉桿裝置聯動；主動卡片固定在主動轉軸上，帶動扭簧旋轉而儲能，主動卡片上的三角形頂針是脫扣的觸發器；扭簧是儲能元件；從動卡片套在輔助開關的轉軸上，與接點的動觸點聯動，同時也是扭簧的固定件；脫扣器是扭簧釋能的定位件。

1.2 輔助開關的動作過程

斷路器輔助開關動作可以分為扭簧儲能和扭簧釋能兩個階段，斷路器輔助開關的動作切換是伴隨扭簧的儲能和釋能的過程進行的，具體動作過程如圖2所示。

圖2 斷路器輔助開關伴隨斷路器的動作過程

扭簧儲能:當斷路器分閘動作時，斷路器聯動桿帶動主動軸及主動卡片轉動；脫扣器鎖住從動卡片，使其和扭簧的定位端保持不動，扭簧開始儲能。扭簧釋能:當扭簧儲能達到觸發點時(主動卡片轉動75°±5°)，主動卡片上的三角形頂針推動脫扣器，使從動卡片與扭簧的定位端一同脫扣。扭簧開始釋放能量，帶動從動卡片和輔助開關的轉軸，完成輔助開關觸點的切換。

斷路器動作前:輔助開關的主動軸保持不動，動觸點通過①和③接通，如圖2(a)所示。

斷路器動作中:從動卡片保持不動，主動卡片開始動作帶動扭簧進行儲能；動觸點保持不動，通過①和③接通，如圖2(b)所示。

斷路器動作后:主動卡片上的三角形頂針推動脫扣器，使從動卡片與扭簧的定位端一同脫扣；扭轉彈簧開始釋放能量，帶動從動卡片和輔助開關的轉軸，完成觸點的切換；動觸點通過②和④接通，如圖2(c)所示。

2 輔助開關動作特性的試驗方法

輔助開關動作特性試驗是將斷路器主回路、分閘回路和合閘回路的一對輔助開關節點作為試驗對象，使用動作特性一體化測試儀測量三者的動作時間并計算之間的不同期，從而得出瞬動輔助開關與主回路的動作時間差、延時速動輔助開關與瞬動輔助開關的動作時間差，通過分析測試結果得出輔助開關的健康狀況。

試驗開展的前提條件為斷路器三相主回路的分合閘同期符合技術文件的要求，再分相開展相應的輔助開關特性試驗，避免斷路器主回路動作特性不合格給測試結果帶來影響。試驗操作流程分三步，其接線如圖3所示。

圖3 斷路器輔助開關動作特性接線

1)將斷路器的一次主觸頭的上下接線板、合閘回路的一對瞬動輔助開關節點和分閘回路的一對延時速動輔助開關節點分別接至測試儀對應的信號輸入位置；

2)將測試儀的分合閘控制信號線直接接至斷路器分合閘線圈；

3)測試儀發出分合閘指令控制斷路器進行分合，分別測出斷路器主觸頭和輔助開關的動作時間。

3 斷路器輔助開關動作特性測試

以LW10B－252等型號斷路器為例開展系列驗證性試驗，結合某220 kV變電站停電檢修機會，在主回路動作特性測試合格后，對輔助開關分相開展了分閘、合閘動作特性試驗，其技術文件要求斷路器主回路分閘時間≤32 ms，合閘時間≤100 ms。

3.1 動作特性試驗數據

在3次分相測試中，斷路器的三相主回路的合閘動作時間差為2.2 ms，分閘動作時間差為1.4 ms，其瞬動輔助開關的動作時間預主回路基本保持一致，而延時速動輔助開關的動作時間則有很大的差異，具體測試數據見表1。

表1 斷路器輔助開關常開觸點動作時間ms

合閘過程中，三相延時速動輔助開關的時間差達10.7 ms；分閘過程中，三相延時速動輔助開關的時間差達7 ms，三相之間的時間不具備明顯的分布特征，其中A相斷路器及輔助開關的行程特性曲線如圖4所示。

圖4 斷路器A相分合閘輔助開關行程特性曲線

三相斷路器的輔助開關為同一廠家的同一型號產品，在測試中數據應具備一致性。根據試驗結果分析，初步判斷三相斷路器的延時速動輔助開關內觸點可能存在氧化、彈簧疲勞等情況，導致延時時間出現或長或短的明顯差異。

3.2 處理后的特性試驗

現場對該斷路器的三相延時速動輔助開關進行了更換處理，并重新進行了動作特性試驗。斷路器合閘過程中，其瞬動輔助開關與主回路的動作時間基本一致，均在55 ms左右；延時速動輔助開關在瞬動輔助開關動作后19 ms左右動作，三相之間的延時時間差僅為0.8 ms。斷路器分閘過程中，其瞬動輔助開關與主回路的動作時間也基本保持一致，均在29 ms左右；延時速動輔助開關在瞬動輔助開關動作后7.5 ms左右開始動作，三相之間的延時時間差僅為1 ms，具體數據見表2。

表2 更換后斷路器輔助開關常開觸點動作時間ms

分析試驗結果，輔助開關的動作特性應具備一定數據分布特征，如斷路器合閘輔助開關常開觸點的延時時間在19.0 ms左右；斷路器分閘輔助開關的延時時間在8.0 ms左右。

3.3 解體檢查情況

對更換下的輔助開關進行了解體檢查，發現輔助開關靜觸點存在輕微燒蝕痕跡，動觸點聚碳酸脂存在開裂現象，如圖5所示。可以推斷，斷路器輔助開關在操作過程中切換不到位和試驗過程中延時時間分布差異大與動觸點的聚碳酸脂開裂及觸點燒蝕有關。

圖5 斷路器輔助開關解體檢查情況

3.4 輔助開關動作特性試驗驗證

結合電網220 kV斷路器停電檢修，對LW6B－252，LW10B－252等多種型號斷路器開展了相應試驗。發現隨著斷路器的型號、輔助開關的型號的不同其分合閘動作時間有很大的差異，但三相延時輔助開關與瞬動輔助開關的延時時間基本保持一致〔4〕，互差均小于3 ms。

通過大量數據的積累，對同廠同型號斷路器輔助開關動作特性的縱向、橫向對比和定性分析，對輔助開關存在的安裝角度偏差、內部卡澀生銹、扭簧疲勞等異常情況可以得到初步的判斷結果。

4 結論

針對220 kV斷路器輔助開關的結構特點及動作特性，對其動作特性時間和行程特性曲線進行了測試，并通過分析試驗結果有效地檢測到一起輔助開關動觸點聚碳酸脂開裂的異常情況，避免了一起220 kV斷路器不能有效分合閘故障的發生。

建議在開展交接、例行試驗時，增加對斷路器輔助開關的動作特性的測試項目〔5〕，將測試數據進行橫向、縱向對比，并應逐步完善對220 kV及以上分相操作斷路器輔助開關的動作特性和延時時間的技術要求。

〔1〕金立軍，張勇，王珂，等.用于金屬短接時間控制的輔助開關操動特性研究 〔J〕.中國電機工程學報，2011，31(15): 121-126.

〔2〕劉堅鋼，金立軍.用于高壓斷路器金短時間控制的輔助開關延時特性研究 〔J〕.高壓電器，2012，48(3):17-20.

〔3〕金立軍.用于高壓斷路器金短時間控制的扭簧延時輔助開關:中國，200710044658.2〔P〕.2007-08-07.

〔4〕國家電網公司.輸變電設備狀態檢修試驗規程:Q/GDW 1168—2013〔S〕.北京:中國電力出版社，2014.

〔5〕電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準:GB50150—2016〔S〕.北京:中國計劃出版社，2016.

Action Characteristics Research of Auxiliary Switch on 220 kV Circuit Breaker Operation Mechanism

ZHU Ren，LUO Xiaodong，GUO Wenbi，ZHU Wenbin，YIN Liang
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Xiangxi Power Supply Company，Jishou 416000，China)

By analyzing the correlation between the main contact of the circuit breaker and the auxiliary switch action of the operating mechanism，the characteristic test of the opening and closing of the circuit breaker is carried out，and the operation characteristic test of the auxiliary switch is studied and analyzed.

auxiliary switch；circuit breaker；action features；time delay；control

TM564

B

1008-0198(2017)04-0008-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.04.003

2017-01-19

朱仁(1989)，男，湖南衡東人，助理工程師，本科，主要從事高壓試驗及狀態檢修工作。