500 kV GIS及罐式断路器分合闸时间测试结果探讨

2010-07-11顾显华

山东电力技术 2010年2期

顾显华，曹阳，李凯

（山东电力超高压公司，山东济南 250021）

0 引言

断路器的分合闸时间考察的是断路器的分合闸线圈从接到按钮指令到主触头断开或者接触所用的时间，是断路器的主要技术参数，也是反映断路器灭弧能力和健康状况的一项很重要的指标,需要在实际工作中根据规程定期测量。在日益成为主网架的500 kV超高压电网中,GIS以及罐式双断口断路器由于其占地小和免维护的特点使用越来越广泛。但在测量其分合闸时间时,目前的测量方法只能得到其中一个断口的值，因此不能完全反映整个机构的健康情况。

1 500 kV敞开式断路器的测试方法

目前500 kV断路器大多为双断口设备，在灭弧时两个断口即两个灭弧室各自承担一半的灭弧功能，从而减少每一个断口的开断电压，保证触头及整个灭弧室的开断性能。对敞开式设备，以ABB的HPL-550B2开关为例，分合闸时间测试方法［1］如图1。

在图1所示开关两端及中间的导电部位三连箱上接一个试验端子，中间的夹子B作为分割左右断口的测试点，就可以用夹子A、B和B、C分别测量左右两个断口的特性。

图1 敞开式ABB断路器机械特性试验方法

2 GIS及罐式断路器的分合闸时间测试方法

对于GIS内的开关及罐式断路器，由于连接两个断口间的三连箱处于气室内部，充满SF6气体，在不抽气的情况下无法引出中间抽头，所以无法得出两个断口各自的分合闸时间，而只有一个统一的时间值。如图2所示。

具体的接线方式为，对于罐式断路器，即在停电的情况下将试验线夹装在两个套管的接线板上即可。对于GIS的断路器，由于GIS设备的整体性，其接线方式更为复杂，如图3所示。

由图3对所测GIS的开关，由于无法像敞开式设备一样直接寻找开关的两端进行测量，所以在实际工作中，一般选择拉开GIS断路器两侧的隔离开关DS，然后合上两侧的接地开关ES，再将其中一个 ES 的接地片取下［2］，如图 4。

图2 GIS及罐式断路器内部断口结构

图3 罐式断路器设备间隔图

图4 GIS断路器测试试验线夹接线位置

这样当试验夹夹在其中一个接地刀闸上时，由于其接地片已经取下，相当其不接地，试验线夹就夹在了断路器的一侧；而另一侧的接地刀闸直接接地，只要将仪器的另一测试端也接地，也相当于接在了断路器的另一侧，这样就可以对GIS进行分合闸时间的测试。

3 GIS及罐式断路器分合闸时间测试方法的缺点

由于GIS及罐式断路器机械特性测试取信号的特殊性，上述测量方式实际上只能得到断路器两个断口其中一个断口的分合闸时间值，而不是像敞开式设备能测得两个断口的值。

由目前大多数特性测试的原理，对于开关动静触头断口的时间测量，考察的是电位的变化。如图5所示。

图5 敞开式断路器机械特性试验接线位置示意图

由图5，测试时认为对应夹子电位变化的时间为测量终结时间，其与线圈通电时间的差值就是测量的分合闸时间。具体为：当两个断口处于分闸状态时，对应的试验端子A、B和B、C之间电位不同。在合闸瞬间，A、B和B、C之间的电位变得相同。从而根据此变化时刻得到分合闸时间的测量终结时刻［3］。而根据下图所示的GIS及罐式断路器的测试方式：

图6 GIS及罐式断路器机械特性试验接线位置示意

由电位变化的测量原理可以得出：

当断路器合闸时，第一个断口合闸时试验线夹两端并没有发生电位变化，只有当合闸时间慢的那个断口也合上时电位试验夹两端电位才会变化。所以所得到的一个测量值考察的是合闸时间慢的那个断口的合闸时间；

同理当断路器分闸时，考察的是首先分闸的那个断口的分闸时间。

由以上的两种结果，可以看到我们无法完全确定的两点是：

当断路器合闸时，当总的时间符合要求时无法知道合闸快的那个断口是否合闸时间过短即合闸速度过快；

当断路器分闸时，当第一个断口分闸时间符合要求时无法知道分闸时间晚的那个断口是否分闸时间符合要求。

对第二种情况的极端判断是：是否会出现由于分拉杆出现问题导致某一个断口没有分闸。

目前对于GIS及罐式断路器生产厂家的意见，认为由于两个断口都受同一传动装置的控制，并且同期性是制造厂在调试时由机械上保证的，所以对于同相的两个断口的同期性，在GIS设备运行时不予考察。笔者认为这一点值得商榷。因为如果双断口断路器不需要分别进行断口测试的话，那么对于敞开式的500 kV断路器也可以取消中间的那个节点，只取一个分合闸时间即可。测量两个断口各自的分合闸时间，尤其在分闸的时候，可以避免出现只有一个断口分闸的极端情况。

图7 GIS及罐式断路器内部左右拉杆示意图

如图7，当分闸时，所得到的结果只能判断一侧的分拉杆是否工作正常，另一侧的分拉杆是否正常无法测量。同时，由《电力设备交接和预防性试验规程》，GIS断路器机械特性的测试周期为3～5年或者机构大修后，经过几年的运行如果对双断口的断路器测试只得到单一的时间结果，就不能完整准确的判断经过现场运行后的断路器操动机构的左右两个分拉杆是否都正常，进而无法判断两个断口的实际工作状态是否仍然良好。断路器在制造时的质量合格不能确保其在常年运行之后的健康。经过现场多次的分合以及检修操作，分合闸时间参数有可能会发生变化，从而不能保证同期的质量。

4 改进方案

根据合闸时间和分闸时间的历史数据进行比较分析，更为准确的判断500 kV GIS及罐式断路器的分合闸机械特性。

对每一台断路器的分闸时间与合闸时间值在设备交接验收时进行备案，当再次进行试验时将测得的断路器的分合闸时间值与原数据进行比较。如果双断口的某一个断口出现问题，即两个断口未在同一时间分闸或者合闸，会使得两个断口的分合闸时间差值逐渐增大，甚至造成两个断口间的同期性超标（目前500 kV断路器一般要求合闸同期性不大于5 ms，分闸同期性不大于3 ms）。这种情况发展的趋势相当于两个触头在不同时刻进行了分合，即每一个触头在大于其额定开断电压的情况下分合电路，很容易被电弧烧伤，从而使触头的长度缩短［4］。由于合闸时间定义为弧触头接触的瞬间，分闸时间的终点定义为主弧触头分离的瞬间，所以触头的变短会使弧触头分离时间变短，即分闸时间变短；同理使触头接触时间变长，即合闸时间变长。所以如果在分合闸时间测试的历史累积数据中发现分闸时间在慢慢变短，合闸时间慢慢变长甚至超过规定时间时，可以判断两个断口的工作出现异常。如图8所示。

图8 GIS及罐式断路器机械特性测试分合闸时间统计图

这时可以与厂家协商，在统一认为某一分拉杆出现问题的时候，对断路器所在气室间隔停电并抽气，然后抽取两个断口中间的信号并进行双断口各自分合闸时间的测量，进而分析两个断口的实际工作状态。

由于分合闸测试的周期较长，所得的历史数据不够，会对机械特性的性能判断带来影响。所以500 kV GIS断路器的发展趋势，应是在设备交接时就在线安装断路器动作时间传感器［5］，这样每次断路器的操作，传感器都可以得到分合闸时间值，这样就可以得到大量的历史数据，以便更及时的对500 kV GIS及罐式断路器的两个断口的实际工作状态做出判断。