柱上斷路器動作特性現場檢測設備的研發

張 露，張 蓓，江 成

(國網上海市電力公司奉賢供電公司，上海 201499)

作為集成度較高的電力設備，柱上斷路器用于電網中的聯絡、分段、支線上，是現代智能配網的核心部件，自身將模擬量采集、繼電保護、斷路器滅弧機構等一二次設備集于一身，對柱上斷路器的測試有著很多新的要求。又因為柱上斷路器分散安裝于個配網支線電桿上，要對其特性進行實驗難度較大，尤其是斷路器跳閘特性、繼電保護動作特性的試驗，現場試驗十分繁瑣，需要多工種配合。在夏季高溫季節，柱上斷路器突發故障如燒毀或誤跳閘事故時有發生，為了減少柱上斷路器的突發故障，需要定期對斷路器進行試驗或檢查[1-3]。目前情況下，還沒有對重要回路的柱上斷路器進行停電校驗或帶電檢測的方法與措施，因此，如果能開發一種能夠對柱上斷路器運行工況進行方便檢驗的設備，有助于極大地提升配網運行可靠性。本文提出一種柱上斷路器動作特性現場檢測設備的設計方案，可有效提高現場工作效率。

1 柱上斷路器特點

柱上斷路器是安裝在電桿上能夠操作導電回路的開關，可以在正常情況下手動切斷或接通線路，并且是能在短路故障時，通過繼電保護裝置的保護跳閘功能，將故障線路自動跳開的一種開關設備。柱上斷路器主要用于配電線路區間分段投切、控制、保護，能斷開短路電流。目前配電線路中柱上斷路器主要采用戶外交流高壓智能真空斷路器，智能真空斷路器是一種具備故障檢測功能、保護控制功能和通訊功能等多功能一體化的斷路器，一般安裝在10 kV架空線路分界點，可自動切除單相接地和自動隔離故障，是配電線路改造的理想產品[4-5]。

智能真空斷路器可以實現手動操作、電動操作、遙控器操作及遠程主機操作。斷路器由本體、操作機構、控制器三部分組成。根據絕緣材料不同，斷路器可分為SF6絕緣真空斷路器與空氣絕緣真空斷路器。SF6絕緣真空斷路器采用真空滅弧，SF6絕緣，三相共箱式，采用彈簧操作機構，電流互感器可內置，電纜或端子出線，外側選配隔離裝置，吊式或坐式安裝[6-7]。空氣絕緣真空斷路器采用真空滅弧，空氣絕緣，三相固封極柱式，采用彈簧或永磁操作機構，電流互感器外置，端子出線，外側選配隔離裝置，坐式安裝斷路器。同時柱上斷路器可根據配電線路的需要配置CT(保護電流互感器)、ZCT(零序電流互感器)、u(電壓互感器)，作為控制器的模擬量測量裝置，用以監測，控制，保護配電線路[8]。

2 柱上斷路器現場檢測的局限性分析

2.1 設備集成度過高造成專業要求高的問題

柱上斷路器將模擬量采集裝置、繼電保護裝置、斷路器滅弧機構等一二次設備集于一體，由于柱上斷路器集成度高，功能多，測試復雜，因此對其檢測和功能校驗，有著很多新的要求。柱上斷路器的繼電保護測試必須登桿，然而一般二次專業人員不具備登桿高空作業能力，而具備高空作業能力的讓檢修人員又不具備二次控制保護測試的專業知識，這使得柱上斷路器的現場檢測需要多工種配合，作業效率十分低下。在配電網中柱上斷路器數量極多，由于需要多工種配合工作，作業效率低，導致斷路器運維單位未能按計劃按周期對轄區內所有斷路器進行校驗，給配電網安全穩定運行造成隱患。

2.2 試驗設備過于笨重導致作業效率低下問題

現有柱上斷路器校驗技術一般采用基于大電流發生器的跳閘方案，進過分析該方案存在如下不足。首先是使用不便，柱上斷路器大量分布式高空安裝，檢修人員需借助升高車進行檢測校驗，而檢測設備大電流發生器十分笨重，一臺1 000 A的大電流發生器重達30 kg以上，給現場的移動高空檢測作業帶來極大不便，現有大電流發生器為考慮電源供電方便，均是單相輸出[9-10]，對于三相柱上斷路器需要試驗三次，增加了作業工作量和時間。其次是由于大電流發生器功能的局限性，無法模擬真實的斷路器負荷電流變化過程。最后是成本較高，基于大電流發生器設計的開關跳閘特性檢測裝置，需要大容量的一次電流互感器與自耦調壓器，均是工頻單相感性元件，成本高昂。

3 柱上斷路器現場檢測思路

為解決現有的斷路器現場檢測需要多工種配合工作，作業效率低和現場檢測操作不便性，檢測設備的成本高昂等缺點，本文提出一種新型的檢測思路，通過在斷路器兩側類似掛接地線的方法，在檢修斷路器的兩端加上測試桿如圖1所示。

圖1 柱上斷路器基本檢測思路

3.1 柱上斷路器新方案設計

檢測柱上斷路器各項功能雖不同，只需檢測斷路器實驗時的電流、電壓、零流三個基本模擬量，便可以判斷斷路器的各保護功能的動作特性，從而判斷柱上斷路器運行狀況是否良好。因此只需在斷路器兩側的接地線用上合適的試驗電源，通過檢修人員將檢測設備的電流電壓量直接注入到兩側接地線的一次回路中，按照斷路器相關的檢測要求可以對斷路器絕大部分保護的動作特性進行有效的檢測。首先，由于柱上斷路器流變與開關觸頭一體化，直接注入測試電流后到電流流入終端的時間差，可得出斷路器分閘時間，其次，二次繼電保護動作特性的校驗也可同時進行，從而將二次繼電保護與一次開關動作特性一并驗證。

3.2 檢測裝置的設計

為了更高效的檢測柱上斷路器，設計出新型檢測樣機，原理圖如圖2所示，該裝置使用10～35 kV 電流、電壓互感器，采用倒接法實現升流與升壓，將小電流小電壓升至斷路器工作時電流電壓，模擬斷路器運行時真實工況，裝置具有可靠性好、容量大等優點，新型檢測樣機包括逆變器、調壓器、電流互感器 、電信號計時器、電流表、電壓互感器、電壓表、加電流按鈕、失壓按鈕等。

圖2 樣機電路結構

首先，通過逆變器將直流低壓電源，如檢修車輛的12 V 蓄電池，變換為較高的交流電壓，經過三相調壓器設置不同的電壓后，由電流互感器倒接實現電流放大，從而產生柱上斷路器三相試驗電流；柱上斷路器保護對電壓要求較低，僅僅需要驗證低壓脫扣能否管理，因此三相電壓不使用調壓器調壓，直接通過常閉接點按鈕，經過電壓互感器倒接升壓后形成柱上斷路器的三相試驗電壓。由于試驗電流與電壓均是一次側注入的高壓信號，同時實現一次設備絕緣耐壓檢測和二次繼電保護動作特性的校驗，實現了柱上斷路器實驗的全局性與高效率，提高柱上斷路器檢測作業的效率。

其次，本設計通過構建三相檢測回路，實現的零相電流的檢測，通過零相中電信號計時器的計時功能，可靈敏檢測出滅弧問題或三相不一致問題，若三相開關分閘同期性良好，則零相中存在不平衡電流時間很短，如果某一相動作緩慢或滅弧能力降低，則零相中會出現較長時間的不平衡電流，從而通過電信號計時器就能直觀明顯地檢測出三相不一致或滅弧能力降低的問題，便于作業人員及時檢測出斷路器滅弧或三相不一致問題 ，提高設備運行的可靠性。

4 柱上斷路器新方案效果驗證

本柱上斷路器現場檢測方案，只需在斷路器兩側掛上試驗線，無需作業人員登高作業，無需升高車到現場作業，只需類似絕緣棒的操作桿就可以實現檢測作業，現場作業簡單高效，減少作業人員登高危險，大大提高了檢測人員的檢測效率。以每臺柱上斷路器所需時間和人員為例，對比實施新檢測方案后所需時間和人員。

通過對比發現，柱上斷路器檢測工作，由原來4人一輛升高車完成的工作，現在僅需3人就能完成，每臺斷路器的檢測時間縮短為2 h，而在效率上提高一倍，對于配網中有大量柱上斷路器檢測工作，不僅節省了大量人力物力財力，還提高斷路器檢測效率，特別是在柱上斷路器搶修和新設備投運情況下，利用本方案十分有效而方便，減少配電網斷電時間，提高配電網供電的可靠性。

5 結語

本文分析了安裝在配網支線電桿上的柱上斷路器的檢測難度高、工作效率低和其動作特性進行實驗難度較大等問題，以此為基礎提出了實用性強的現場檢測方案，設計了在斷路器兩側類似掛接地線，在檢修斷路器的兩端加上測試桿的方法，并在該方案的基礎上設計新型柱上斷路器檢測樣機，試驗證明這些手段可以實現斷路器檢測的全局性與高效率，提高柱上斷路器檢測作業的效率，極大地提升配網運行可靠性。