一种500kV断路器现场机械特性试验感应电抑制方法

2020.8 EPEM
51
电网运维
Grid Operation 一种500kV断路器现场机械特性
试验感应电抑制方法
南方电网红河供电局 余云光 余 炜 赵元东 王允光 岳倩倩 高 林
摘要：根据高压断路器机械特性试验测试方法以及现场感应电压的特点，设计了一种针对此问题的感应电压抑制电路，在抑制感应电的同时不响影测试结果。

关键词：500kV断路器；机械特性；感应电
高压断路器是电力系统的关键设备之
一，不仅能关合、开断正常负荷电流，
在电力系统发生故障时，还需满足继
电保护要求在规定的时间内切断短路电流，从而将故障点隔离，其可靠性直接影响电力系统安全稳定。

运行中的断路器故障类型主要是机械故障，因此机械特性试验是运行中的断路器最重要的试验项目。

测试参数主要包括分闸时间、分闸速度以及合闸时间、合闸速度等，数据必须满足厂家技术标准，否则会严重影响断路器性能。

若合闸速度过慢会导致合闸不到位，严重威胁设备安全；若分闸速度过慢则直接影响断路器灭弧能力及遮断能力，甚至导致断路器重燃，造成严重事故[1-3]。

近年来，在国产弹簧操动机构断路器中，机械故障的发生率呈上升趋势。

断路器分、合闸时间超标、速度不足的情况时有发生，原因通常是机构卡涩以及弹簧疲劳[4]。

运维经验表明，断路器机械性能劣化往往不是突发的，而是随时间逐步改变的。

鉴于这种情况，有相关标准将断路器速度测试纳入定期试验项目[5]，对发现断路器潜在隐患具有积极意义。

在500kV断路器现场机械特性试验中，断路器引线邻近周围带电设备，从而产生上万伏的感应电压。

采用常规试验接线机械特性测试仪无法承受如此高的感应电压，给试验工作造成很大的困难，并对测试人员人身安全造成严重威胁。

1 机械特性测试原理
断路器机械特性通常采用断路器机械特性测试仪进行测试，仪器采集参数有分闸时间、分闸速度以及合闸时间、合闸速度。

断路器机械特性测试仪由采样光耦及计算机组成[6]。

图1为机械特性测试仪光耦电路，光耦二极管触发电路一端经保护电阻R1接入仪器内部触发电平VCC1，另一端通过仪器外部端子引出，与被测断路器K相连。

合闸测试时，断路器处于分位，当机械特性测试仪发出合闸脉冲时，计算机开时计时，断路器K 动静触头刚刚接触时，光耦二极管触发回路导通，进而光耦三极管导通，发出断路器位置改变信号，进入机算机处理模块，即可计算出合闸时间。

在断路器机构传动部件上加装测速传感器，计算机自动绘制合闸行程曲线，结合合闸时间，机械特性测试仪就可根据速度定义计算出合闸速度[6]。

分闸的测试过程与合闸测试相反，但原理相同。

根据图1所示，在500kV断路器机械特性测试时，断路器K一侧接地另一侧悬空，并接入机械特性测试仪光耦二极管触发回路。

断路器一侧邻近带
图1 机械特性测试仪光耦电路
图2 工频感应电压抑制电路
52 EPEM 2020.
8
电网运维
Grid Operation
电设备并悬空，由于静电感应产生上万伏的感应电压，严重威胁光耦二极管触发回路的安全。

若断路器两端均接地，则光耦二级管触发回路一直导通，且不受断路器K 位置变化的影响，从而使计算机采集不到断路器位置变化信号。

2 感应电抑制电路及采用抑制电路的测试接线
图1中机械特性测试仪光耦二级管触发回路触发电平VCC1为直流信号，而断路器悬空侧感应电压为工频感应电压，因此利用带通滤波电路来抑制断路器悬空侧的工频感应电压，该电路对直流信号承高阻抗，对触发电平可视为开路。

图2为本单位设计的一种工频感应电压抑制回路，它由电抗器101与电容器102串联组成带通滤波电路，其中电抗器电感量取10H，电容器电容量取1μF，谐振频率为50Hz。

在抑制电路两端并联旁路开关5，以减小感应电压对滤波电路的冲击，图中2、3为接线端子，4为接地端子。

工频感应电压的大小决定于停电设备与带电设备的距离以及空间位置关系，而感应电流的大小决定于停电设备与带电设备之间的互感以及带电设备上的电流。

由于停电的高压断路器引线较短、互感很小，感应电流通常很小。

根据现场实测，将被试断路器接地，流入大地的感应电流在1mA 以下，因此本工频感应电压抑制电路的电抗器及电容器容量要求很低，技术上容易实现。

图3为采用工频感应电压抑制装置的500kV 断路器现场机械特性试验接线图。

图中9为被试断路器，10为邻近带电设备，11为邻近带电设备与被试断路器引线耦合电容，12为机械特性测试仪。

测试时，断路器一侧接地、另一侧接入工频感应电压抑制电路，该电路一端接地。

工频感应电压通过旁路开关接入大地直接衰减为零，然后断开旁路开关，断路器悬空侧的感应电压通过带通滤波电路衰减到较低水平。

最后将断路器悬空侧接入断路器机械特性测试仪对应端子，该端子接入仪器内部光耦二极管触
发回路。

由于该回路触发电平为直流信号，抑制电路对其呈高阻抗，从而不影响机械特性测试。

3 结语
本文所设计的针对500kV 断路器现场机械特性试验工频感应电压抑制电路，是基于断路器机械特性测试仪测试原理以及感应电压的频率特性设计的。

该电路对工频感应电压呈低阻抗，而对机械特性测试仪光耦触发电平呈高阻抗，从而对被试断路器上
的感应电压起到抑制作用，且不影响正常测试。

参考文献
[1]杨成刚.高压断路器分合闸速度现场测试方法的研究与应用[D].北京:华北电力大学,2018.[2]刘继午,熊攀,等.一起GIS 断路器合闸机械特性异常原因分析[J].四川电力技术,2018,6.
[3]冉洺川,刘同杰.一起断路器机械特性不合格原因分析[J].电气开关,2017,4.
[4]郭良超,宋超,等.分合闸弹簧参数对高压断路器机械特性影响研究[J].电气时代,2018,8.
[5]中国南方电网有限责任公司.Q/CSG 1206007-2017电力设备检修试验规程[S].北京:中国电力出版社,2014.
[6]杨景刚,刘媛,等.高压断路器机械故障诊断技术[J].江苏电机工程,2016,2.
图3 采用抑制电路的试验接线
（上接46页）
备一定的专业知识，还需对变电站内的相关数据信息进行分析，因此对于维修人员有着较高的要求，通过应急处理卡能够帮助运维人员在出现故障时，对装置重启后可能产生的情况以及相关故障原因进行分析，并指导运维人员有序进行检修工作[4]。

参考文献
[1]张友红,樊迎春.智能变电站运维中应急处理流程卡的应用分析[J].科技创新导报,2018,36.[2]金肖.智能变电站变电运维安全与设备维护的有效措施[J].产业科技创新,2019,4.
[3]裘愉涛,周震宇,等.继电保护远程运维技术研究与应用[J].电力系统保护与控制,2018,18.
[4]李永周,何云虎,平杰.应急处理流程卡在智能变电
站运维中的应用[J].现代工业经济和信息化,2018,5.。