一種便攜式雙端接地斷路器機械特性測試儀的研制

劉慧娟 王嘯峰

（廣東電網有限責任公司珠海供電局，廣東珠海519000）

0 引言

高壓斷路器不僅可以切斷或閉合高壓電路中的空載電流和負荷電流，而且當系統發生故障時通過繼電器保護裝置的作用，還可以切斷過負荷電流和短路電流，在電力系統中擔負著控制和保護的雙重職責。斷路器的機械特性試驗是電力系統中廣泛開展的一項周期性常規工作，僅珠海供電局每年開展的斷路器機械特性試驗就多達1 000余次，因此斷路器機械特性測試儀性能的優劣直接影響電力系統的安全運行。由于傳統斷路器機械特性測試儀存在接線繁瑣、傳感器不滿足現場實際需求、二次端子排接線不穩固等問題，本項目研制出一種新型的便攜式雙端接地斷路器機械特性測試儀，解決了以上問題，提高了工作效率，降低了安全風險，增強了斷路器在電網運行中的安全穩定性。

1 問題概述

斷路器的機械特性試驗是電力系統中廣泛開展的一項周期性常規工作。傳統的斷路器機械特性試驗存在以下問題：

1.1 一次接線復雜

采用傳統的機械特性測試儀測試時，需要將一次接線連接到斷路器端口的兩側（圖1），因此要求斷路器斷口至少一側處于開路狀態才能進行。部分組合電器開關由于斷路器兩側無引出點，需要母線停電并進行部分解鎖操作，用相鄰出線間隔進行試驗，其中會涉及停電困難、增加安全風險等問題。而部分斷路器為了滿足至少一側處于開路狀態，需要進行高空解線工作，增加了工作量和安全風險。

圖1 傳統機械特性測試儀測試原理

1.2 傳感器不滿足現場實際需求

根據中國南方電網公司Q/CSG 1206007—2017《電力設備檢修試驗規程》的要求：需對110 kV及以上電壓等級的斷路器進行速度測試。而傳統的斷路器機械特性測試儀的傳感器（圖2）無法滿足現場實際需求，對部分老舊斷路器進行速度測試時存在困難，由于出廠時間過長、設計老舊等原因，廠家無法提供配套傳感器；并且因為直線測速的形式多樣、距離不一致，現有的傳感器也難以滿足現場的實際需求，難以進行斷路器的測速試驗。

圖2 傳統直線傳感器

1.3 二次端子排接線不穩固

斷路器機械特性測試的二次接線需要將測試儀的二次線連接到斷路器的二次端子排，傳統的二次接線方式采用小夾子連接延長導線的方式，這種接線不穩固，當斷路器動作時振動較大，使用的線夾等接線工具難以固定在二次端子排上，容易發生接觸不良或線夾脫落，影響試驗工作。

2 解決思路

針對以上問題，本項目的解決思路是：

2.1 采用雙端接地的測試方法替代傳統的測試方法

針對一次接線復雜，需要將一次接線連接到斷路器端口的兩側，要求斷路器斷口至少一側處于開路狀態才能進行，從而需要母線停電并進行部分解鎖操作，用相鄰出線間隔進行試驗的情況，本項目的解決思路是：采用雙端接地的測試方法（圖3）替代傳統的測試方法，減少解開斷路器端口一次線的工作，縮小停電范圍，降低安全風險。

斷路器兩端接地時分、合閘時刻的測試方法是以電磁感應為基本原理，斷路器、電纜、地網和兩個接地開關組成一個通流體，該通流體的閉合和斷開是依靠斷路器的分、合閘操作實現的。在兩端施加電流，當該通流體閉合時，高頻電流傳感器的線圈中就會產生一個對應的感應電流；而在通流體斷開時，電流采樣器中就沒有感應電流。對于感應電流產生和消失的時刻進行測量即可對應出斷路器的關合和開斷時刻，于是雙端接地的測試方法就可以解決傳統測試方法遇到的問題。

圖3 雙端接地機械特性測試儀測試原理

2.2 改進測速傳感器，附加一個輔助工具

一方面利用直線速度轉為角速度再轉為直線速度的原理滿足現場速度測試的需要，另一方面采用過渡支架拓展傳感器的通用性，匹配大部分在網斷路器型號的測速要求（圖4）。測速傳感器輔助工具原理是針對能夠進行直線測速的斷路器，把斷路器的直線速度轉為角速度再轉為直線速度，以滿足現場速度測試的需要。

圖4 新型傳感器附件示意圖

2.3 研制能穩固插入二次端子排的接頭

設計一種新型的固定卡具（圖5），協助二次接線能穩固接觸到相關端子，增加二次接線的穩定性，減少因接觸不良引起的重復工作，提高工作效率。

圖5 新型二次接線輔助工具

3 新型測試儀技術參數與要求

研制出輕便、適用性強、使用方便的便攜式雙端接地機械特性測試儀，并應用于生產實際工作之中，應達到的技術參數與要求如下：

（1）便攜式雙端接地機械特性測試儀：1套。儀器為嵌入式工控機，配有高速熱敏打印機，方便現場打印測試數據。內置集成式操作電源，可提供DC 10～260 V可調電源，電流20 A，任意整定分、合閘線圈的動作電壓值，完成斷路器的低電壓動作試驗。開關動作一次，得到所有數據及圖形。主機可存儲試驗數據（可擴展存儲卡），并通過藍牙進行數據交互。配備U盤接口，可直接把數據保存到U盤，上傳到計算機進行分析、保存。同時可測6路金屬斷口、2路雙端接地開關。

（2）便攜式雙端接地機械特性測試儀配套附件：1套。含二次線、傳感器和輔助工具等配件。

便攜式雙端接地機械特性測試儀實際接線圖如圖6所示。

圖6 實際連接圖

4 效果歸納

（1）提出了一種不需要解開斷路器兩端一次線即可測試機械特性的新方法，解決了斷路器機械特性試驗一次線接線困難的問題；

（2）設計了一種新型傳感器附件，解決了實際測試中斷路器速度測試不準確的問題；

（3）研制了一種能穩固插入二次端子排的工具，解決了二次端子排連接不穩定性、容易掉線夾的問題。

5 結語

該裝置具有輕便、適用性強、使用方便的特點，測試斷路器機械特性時不需要解開斷路器端口兩側一次接線，增加了滿足現場需求的速度傳感器輔助工具，改良了二次端子接口的穩定性和通用性，大大提高了工作效率，降低了安全風險，增強了斷路器在電網運行中的安全穩定性。該裝置適應于10～220 kV斷路器的機械特性測試，可推廣至全行業使用。