斷路器機械特性與機械操作試驗分析

李瑞環，徐炎斌

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東江門 529000）

0 引言

斷路器是能夠分開、合上運行中電流回路，承載系統電流（包括短路電流）的開關設備。當電流超過預設定值時且與斷路器組合的保護繼電器或觸發單元組合給斷路器發出分閘指令時，斷路器就可以提供過電流保護功能。斷路器在電力系統中擔負著控制和保護的雙重任務，是很重要的開關設備。

如果斷路器不能在電力系統發生故障時迅速、可靠、準確地斷開回路，就會使故障能量集聚，造成更大的事故，可能會導致大面積失壓或其他電網事故。因此，斷路器機械性能及可靠性程度都是電力系統安全的重要一環。

1 斷路器的分類及結構

1.1 分類

斷路器可以按照多種方式進行分類，例如電壓等級、安裝方式、結構設計和特點、使用環境和操作機構形式、滅弧原理和滅弧介質等。

（1）按照斷路器額定電壓可以分為低壓斷路器（額定電壓1000 V 以下的斷路器）、高壓短路器（額定電壓1000 V 以上的斷路器）。

（2）按照絕緣介質和滅弧介質分類，常見的真空斷路器有油斷路器、SF6 斷路器等（圖1）。

圖1 室內真空斷路器

（3）按照使用環境和操作機構分類，常見的有戶內斷路器、戶外斷路器等。

1.2 結構

斷路器的結構類型很多，形式差異很大，但基本上都是由主體部分、操作機構、絕緣支撐部件和控制面板等部分組成（圖2）。

圖2 斷路器基本結構

（1）主體部分：兩個觸頭之間包括真空滅弧室等部件，滅弧室利用絕緣介質將電弧快速熄滅。

（2）操作機構：通過機械部件使斷路器機構分合，實現斷路器的斷開與閉合。

（3）絕緣支撐部件：絕緣支撐部件通過絕緣支架，實現斷路器的對地電氣隔離。

（4）操作面板：實現斷路器操作功能傳遞的二次回路端子匯集處。

斷路器結構并不復雜，但是里面連接了較多的二次回路控制線。二次回路控制線比較復雜，需要在現場查找對應的控制回路。斷路器的分合是多種部件相互作用完成的機械操作。

2 斷路器的機械操作試驗

機械操作試驗是斷路器處在設備停電檢修狀態或出廠時未與其他電氣連接時，按照一定設計標準規定條件進行各種操作，得出試驗數據，驗證斷路器的機械性能及操作可靠性的試驗。

2.1 操作機構基本內容

斷路器操作機構包含很多機械部件，將機械部件用機構箱及匯控箱裝配在一起，需要滿足一定要求才能正常工作。機械部件主要包括液壓機構、彈簧機構、氣動機構、加熱器、傳動部件、儲能電機、輔助裝置等。斷路器在進行分合閘時，需要各部件之間進行配合才可以完成。

現場試驗需要給斷路器一個控制電壓來實現機械運動。除此之外，還需要滿足液壓機構液壓值、彈簧機構儲能、氣動機構運動、儲能電機、氣體壓力等均處于正常狀態，只有在機械部件全部處于正常狀態時，分合閘動作正常才能得以保證。

斷路器正常工作中，其操作機構的液壓機構液壓值、彈簧機構儲能、氣體壓力等不可能一直穩定在某一個數值，而是在一個合格范圍內變化。

2.2 操作試驗項目的規定要求

斷路器的出廠標準是按照國標或者行標執行的，而具體到實際數據時要執行制造廠要求。一般來說操作變化范圍規定：①斷路器的分、合閘時間，主、輔觸頭配合時間應符合制造廠規定；②斷路器的合—分時間應符合制造廠規定；③斷路器的相間合、分不同期，同相各斷口間合、分不同期應滿足制造廠規定；④斷路器動作電壓并聯合閘脫扣器應能在其交流額定電壓的85%～110%范圍或直流額定電壓的80%～110%范圍內可靠動作；⑤并聯分閘脫扣器應能在其額定電壓的65%～120%范圍內可靠動作，當電源電壓低至額定值30%或更低時不應脫扣。

3 斷路器的機械特性試驗介紹

3.1 機械特性試驗的必要性

斷路器的合、分閘時間，合、分閘速度，合、分閘不同期，合、分閘線圈的動作電壓下可靠動作等參數，直接影響到斷路器切斷電流的性能。斷路器的合、分閘速度必須在一定范圍內，才能夠充分地發揮其開斷電流的能力，減少關合過程當中觸頭因電弧灼燒熔斷焊接或者電弧灼燒磨損。如果斷路器的分閘速度低，電弧熄滅的時間就會增長，觸頭發生電弧灼燒，出現燒傷；合閘速度低，將會引起觸頭振動，嚴重的會出現停滯。如果斷路器的合、分閘出現不同期，將造成線路或變壓器的三相接入或切斷不同時，從而可能產生危害絕緣的過電壓等問題，因此測試斷路器的機械特性非常重要。

3.2 機械特性現場主要測試項目

斷路器機械特性的現場測試項目主要用觸頭動作時間和動作速度來作為特征參數來表示。斷路器現場試驗時，一般主要進行合、分閘時間，合、分閘速度，合、分閘不同期，分、合閘線圈的動作電壓，合—分時間（金短）等項目的測量。

（1）合、分閘時間：外施加操作電壓后，斷路器進行合、分閘動作并正常，之后儀器會顯示合、分閘時間，記錄數值。

（2）合、分閘不同期：記錄儀器顯示的合、分閘時間，最大值減去最小值記為合、分閘不同期數值。

（3）合、分閘速度：在斷路器加裝速度傳感器，施加試驗操作電壓，斷路器正常分、合，傳感器會識別開關的動作速度并顯示在儀器上，記錄數值。

（4）分、合閘線圈的動作電壓：按照試驗要求，進行操作電壓設置，在設置好的操作電壓下檢查斷路器是否動作正常。

（5）合—分時間（金短）：斷路器處于分閘狀態，施加操作電壓后，斷路器先合閘在分閘記錄時間數值。

4 斷路器現場試驗的注意事項

斷路器的合、分閘時間，合、分閘速度，合、分閘不同期，分、合閘線圈的動作電壓，合—分時間（金短），是現場試驗的重點，為了滿足試驗的可靠性，需要注意以下細節。

4.1 現場接線注意事項

為防止在試驗過程時誤操作對斷路器二次側及斷路器本身損壞，在試驗過程中需要注意以下要點：

（1）確定斷路器狀態，是否在分閘位置、儲能開關情況、彈簧是否已儲能、氣體壓力、液壓油壓力等狀態須滿足試驗要求。

（2）操作電壓的選取要以斷路器機構箱上的銘牌為準，經驗或圖紙資料可能因為維修、改造等原因未及時更新，不能作為選取測試開關線圈操作電壓的依據。

（3）查找試驗接線，按照圖紙或改造圖查找分合閘接線端子。

（4）連接測試線前用多用表的電壓擋測試各端子對地電壓是否為0 或只有幾伏感應電壓。如果電壓較高，說明操作電壓沒有分開，有危險。

（5）連接線之后要確認平視接線，防止誤接錯線。加壓試驗前，可用多用表電阻擋測量回路電阻是否在60 Ω 左右，如果斷路或短路則說明線圈燒壞。

4.2 測試加壓注意事項

一般來說，端子排的控制電源為101 接正極，102 接負極，不同開斷路器有不同的編碼規則，應按照圖紙進行查找。其中，西門子斷路器二次控制回路線上的編號后兩位數07 代表合閘，37 代表分閘，02 代表負公共端。端子箱中的黃色線通往二次保護回路，黑色線通往斷路器本體。在測試加壓過程中，對于斷路器的機械操作試驗電壓按照線圈操作電壓進行計算，按照行業標準或企業標準（按實際測量要求）在現場計算好試驗電壓。進行加壓時要做到相互配合。滿足行業標準或企業標準（按實際測量要求）記為試驗合格。對于斷路器的機械特性試驗電壓應在全電壓（操作電壓）下進行。測試時需要注意以下4個事項：

（1）不能對線圈長時間通電，不能長時間按斷路器部件，防止部件燒毀或者線圈燒壞。

（2）測試分閘時，檢查斷路器是否有兩個分閘線圈。

（3）測試斷路器合—分時間時，要設置好相關參數。不同儀器有不同的設置，一般需要設置行程時間、行程長度等。

（4）測量分合閘速度時，需要選好傳感器型號和連接位置，并能可靠地固定連接，防止斷路器動作振動造成傳感器脫落。

5 結束語

斷路器機械特性與機械操作的測量對了解斷路器結構、斷路器性能有很重要意義。斷路器的工作狀況直接影響電力系統的安全可靠運行。在現場測量斷路器的試驗中，測試項目和測試方法比較簡單，但需要注意的事項比較多，試驗過程中遇到的問題也比較多，例如測試端子的切換、有些斷路器需要按啟動按鈕、測試數據不顯示、測試速度不出結果或結果不合理等問題。

針對這些問題提出建議：①測試端子切換時需要手動平視端子，防止對應錯誤；②需要按測試啟動按鈕的，在測試過程中需要一人監護、一人操作儀器、一人進行端子排切換；③測試數據不顯示時，首先考慮接地不良，需要自行進行接地；④測試速度不出結果或結果不合理時，先檢查參數是否設置合理，再檢查傳感器是否出現松動，需要重新固定牢固。斷路器試驗是常見的預防性試驗，試驗結果需要滿足廠家要求，有數據異常時需聯系廠家進行解決。