西门子开关试验

西门子开关现场试验

杨中彪

杭州市电力局

摘要：目前SF6断路器在系统中大量使用，SF6断路器与以前的油断路器相比，很重要的一个优点就是灭弧机理的改进，从而延长了使用寿命，减少了运行检修工作。随着电力走向市场，对供电可靠性的要求越来越高，电气设备的状态检修正逐步开展，对SF6高压断路器而言，按照国家有关标准和杭州局规定，这些断路器在交接试验、大修后的试验中，都要求测时间参数，本文对测量石墨喷嘴系统的西门子断路器时间参数中，遇到不能准确测量的问题进行分析，并对西门子配套检测仪器的测试原理进行分析，并根据现场实例对现场试验中需应引起重视的环节给出相关的建议。

关键词：接触电阻、石墨触头、时间测试

SF6断路器试验项目中主回路接触电阻测试是验收、预试、大修及开断短路电流后必不可少的项目，项目很简单但对设备导电回路的完整性检测非常有效，2003年7月1日我们在对XX变110kV旁路开关（制造厂：西门子，型号：3API-FG,厂号：99/k40001192,开断电流：40kA,额定电流：3150A）进行预防性试验时，发现C相极柱的主回路电阻明显超标。(该类开关回路电阻标准值为25±4μΩ.而我们实测值为2350μΩ.所用仪器：5501/841#。额定电流为100A)，西门子厂的技术人员携带他们自己的直阻仪赶到现场进行复查，他们的技术人员就地分合开关数次后，并在开关下接线板上挂了一付临时地

线，这时测出的数据为376μΩ，对两组测试数据的差异厂家的解释是现场有感应电压的影响。2003年7月15日，在西门子（杭州下沙公司）对XX变110kV旁路母线开关C相极拄进行分解，对故障原因查找的工作。在开关进行分解前，我们要求再一次测量回路电阻，以便进行分解前后的比较。经过多次反复测量，阻值均在26μΩ左右，为何三次测试三组数据而且差距很大？当分解工作进行到开关触头下支撑时，问题就显露出来了，我们发现底座筒与触

缝。至此，所有的疑问都有了一个非常清晰的解答。

为了方便分析，我们来看左图：可以清晰的看到：主

电流路径是由上接线板（1），触头架（2），活动触头

管（6），底座筒（7）及触头下支撑（9）和下接线板

(8)组成，其中，底座筒是本次故障的关键，此筒的

上端是环形触指，合闸时与活动触头管相接触，下端是与触头下支撑的紧配合（热嵌或冷嵌），它们的配合应该是非常牢固的。与主电流路径并联的是电弧电流路径，它由触头架上的弧触头（5）和活动触头管的动弧触头（10）组成。通过对电流路径的分析及结合极柱分解时的状况，对我们测得的3个数据我们可以进行分析了。首先，因为底座筒上有一裂缝，导致其与触头下支撑的配合不是很牢固，合闸时导致主电流路径接触不良，我们在现场测得的数据2350μΩ应该是可以理解的，而西门子工作人员在现场测得的376μ

Ω的数据，可以认为是开关动作时对弧触头的摩擦或底座筒因自重而

下滑，从而使的底座筒上端的环形触指与活动触头管有较好的接触，主电流路径的阻值较小，从而测得的数据比较小，而在分解前在西门子厂部测得的数据，可以这样解释：底座筒在极柱平卧运输及竖立搬运过程中，因晃动而正好与下支撑重新套牢（当然这种接触是不可靠的），这时因主电流路径的完全接入，测出的阻值就很小了。但正因为有这种阻值由不合格变合格的可能性，此类缺陷的隐患极大，为了说明问题，我们来看一下它的灭弧过程和原理。图1-4是开关从合闸到分闸的示意图：

在开断工作电流时，首先打开主触头，此时电流经关合的弧触头流通，随后弧触头打开产生电弧，同时触头管下移入底座筒并压缩那里的灭弧气体，气体经触头管（与移动方向相反）流向弧触头并灭弧。如果，底座筒与触头下支撑脱开，那么逆止阀什么的都不起作用，就建立不起灭弧所需的气压，就有可能带来严重的后果。

西门子断路器的3AQ型和3AT型的SF6断路器结构较为独特，其静触头引弧部分是石墨成分，当断路器在刚分、刚合时，电弧主要通过石墨触头熄灭，以达到保护动、静触头的金属铜部分。由于断路器

合闸时，动触头先接触到上静触头的石墨弧触头部份，再到上静触头的金属铜主触头部份，且断路器设计时，为避免石墨弧触头的磨损，动触头与上静触头的石墨弧触头之间是无压力要求的，因此，由于石墨特性，是否正确测出动触头完全通过石墨弧触头部分的时间是造成测量误差的原因之一。我们平时使用的仪器对断路器断口采用的是电流信号，因为石墨触头的存在无法正确检测到厂家定义的分合闸基准点，故现场验收时间参数与厂家的出厂报告有比较大的差异；西门子断路器厂家使用的是罗切斯特公司生产开关特性测试仪，型号为X－BT100（SA-100）。它是在普通开关特性测试仪基础上针对西门子的石墨喷嘴系统断路器而特别设计。其原理为电压电流法，在每相断路器断口上加200mV电压和10A恒直流，断路器合闸过程中，在断口电压小于10mV后，即断口电阻小于1mΩ时，仪器才认为断路器的动触头真正完全接触到上静触头主触头部分，是真正的合闸结束，断路器的接触电阻1mΩ是厂家经过研究后确定的合、分闸定义值，测出的波形如图，断口波形图为电压波形图，测速过程全部由仪器分析软件自动完成。

从上面的测试波形图中我们可以看到厂家是如何来定义开关的分合时间的，从合闸断口电压波形图分析：当开关处于分闸位置时，断口间处于高电位200mV，当断口间电压低于10mV时定义为第一个金属接触点，在仪器的软件里定义为“基准点”，基准点参数是用来定义位移曲线上那些应该用于计算速率的数据点的位置。如果只定义了一个基准点，那么相应的瞬时速率则可从速率伪通道读入。如果定义了两个基准点，那么这两点之间的位置差和时间差则可以用来计算所要求的速率。注意：对于闭合曲线和接通曲线，都可以定义两个读数基准点。定义第一个基准点时，用户可有以下选择：（1）主触头动作读数点。（2）最高速率读数点。（3）设置一个特定时间的读数点。（4）设置一个特定位移的读数点。（5）设置一定的位移百分比的读数点。第二个读数基准点的定义可从以上或以下几种情况中选择：（1）设置一个相对于第一个基准点有一定时间差的读数点。（2）设置一个与第一个基准点有相对位移的读数点。（3）设置一个与第一个基准点有一定百分比相对位移的读数点。查看了厂家的试验报告，西门子厂家对于第二基准点的定义是通过在软件中对石墨触头的长度，分合闸