750kV断路器合闸电阻的现场测试

李 毅

(中国水利水电第七工程局有限公司机电安装分局,四川彭山 620860)

0 引 言

随着 750kV超高压线路在国内陆续开工建设并投入运行,科研单位和生产厂家已经分析和解决了一些影响线路安全运行的问题。如操作过电压问题。750kV断路器配置合闸电阻,其主要作用就是能有效地防止合闸过电压的产生。合闸电阻投入时间的长短将直接影响到线路充电电流直流分量的衰减时间,合闸电阻元件的质量将直接关系到断路器的安全运行,因此在《GB50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准》和《Q/GDW157-2007750kV电力设备交接试验标准》中均明确规定必须进行断路器合闸电阻的投入时间及电阻值测量。

1 750kV断路器罐体结构简介

某电厂开关站 750kV断路器选用的是 LW56-800/Y5000-50型罐式 SF6断路器,由三个可以独立操作的单极组成。每个单极有一个罐体,罐内装有三个串联的断口,其中两个为主断口,主断口两端安装有并联电容器。另一个为合闸电阻断口,合闸电阻与合闸电阻断口并联,合闸时合闸电阻的提前接通时间为 8-11ms。该型号断路器与国内其他断路器结构不同之处在于,合闸电阻断口是与主断口串联,而不是合闸电阻通过与辅助断口串联后再与主断口并联连接。

图 1 单极罐内断口示意图

图 2 其他型号断路器结构示意图

2 合闸电阻投入时间测试难点

750kV断路器合闸电阻的合闸过程见下图。

图 3-1 分闸状态

图 3-2 主断口接通

图 3-3 合闸电阻断口接通

图 3-4 合闸状态

根据断路器合闸电阻的合闸过程图分析可知,当断路器合闸时,首先是两个主断口接通,然后是合闸电阻投入,8-11ms后合闸电阻断口接通。断路器合闸过程中有两段时间,其分别是主断口合闸时间和合闸电阻断口合闸时间(即合闸电阻投入时间)。合闸电阻安装在罐体内,罐体已密封并注满 SF6气体,无法外引测试线进行单独测试。目前国内常用的断路器特性测试仪还不具备测试两段时间的功能,只能测试出整个合闸过程的时间,不能单独测试出合闸电阻投入时间。而且由于其断路器断口结构与其他常用的断路器断口结构不同,导致一些成熟有效的测试方法无法应用,因此需要选择一种有效的测试方法来测试出合闸电阻的准确投入时间。笔者经过研究实践,总结出外接电阻示波器法来进行合闸电阻投入时间测试,通过对 750kV断路器合闸电阻现场实测,实际效果较理想。

3 外接电阻示波器法测试原理

通过对断路器主回路结构分析可知,两个主断口之间分别并联了一个电容,因此可利用电容隔直通交的原理,在断路器一端串接 1个电阻,然后在断路器另外一端和外接电阻的一端施加直流电压,通过使用示波器录制外接电阻上的直流电压波形,即可分析计算出合闸电阻值和合闸电阻投入时间。在断路器主断口未接通时,由于电容隔直通交的性能,外接电阻上的直流电压为 0。主断口接通后,合闸电阻断口未接通前,测试回路变化为外接电阻与合闸电阻串联分压。合闸电阻断口接通后,外接电阻上的直流电压就等于测试回路施加的直流电压。这样就能准确地通过录波图计算出合闸电阻投入时间。

图 4 合闸电阻值和合闸电阻投入时间测试接线图

图 5 理想状态下的断路器合闸波形图(合闸电阻投入时间 =)

4 合闸电阻的电阻值和投入时间的现场实测

4.1 使用单臂电桥测量合闸电阻值

断路器现场安装就位后,进行了开罐检查和清扫。利用开罐检查的机会,使用 QJ23型单臂电桥(准确等级:0.2级)对合闸电阻进行了直接测量。测试数据见表 1。

表 1 合闸电阻值测试数据表

4.2 使用示波器测量合闸电阻的投入时间

测试时,施加直流电压 6V,外接电阻选用标称 500Ω的滑线电阻,用 QJ23型单臂电桥实测其电阻值为 533Ω。录波装置选用 FLUKE196B型示波器。该型号示波器的采样频率为 100MHz,最大时基速度能达到 2ns/格,能够满足测试要求。由于断路器合闸时间较短,若采用人工手动录波的方式,不易捕捉到有效波形,因此示波器应选用脉冲触发模式,当外部信号有突变时,能自动启动录波。三相测试录波图分别如下。

通过图 6、7、8分析可知,A相合闸电阻的投入时间为 8.48ms,B相合闸电阻的投入时间为8.16ms,C相合闸电阻的投入时间为 8.32ms。

厂家出厂试验数据:A相合闸电阻的投入时间为8.6ms,B相合闸电阻的投入时间为8.3ms,C相合闸电阻的投入时间为 8.5ms。

5 合闸电阻值的示波器测试法

在断路器进行预防性试验时,一般不进行开罐检查,因此无法直接测量合闸电阻的直流电阻值。也可采用上述测试合闸电阻投入时间的方法进行测量计算。

图 6 A相测试录波图

图7 B相测试录波图

图8 C相测试录波图

设断路器合闸电阻值为 R1,外接电阻值为R2,施加直流电压为 V,则当断路器分闸状态时,外接电阻的电压为 0;主断口接通后,合闸电阻与外接电阻串联分压,外接电阻的电压为 V1;合闸电阻断口接通后,外接电阻的电压为 V2=V。

可计算出,合闸电阻值 R1=(V-V1)/(V1/R2)=(V-V1)×R2/V1

从图 6、7、8可知,A、B、C三 相 的 V1均 为2.8V,则三相的合闸电阻值 R1=(V-V1)×R2/V1=(6-2.8)×533/2.8≈609Ω

需要注意的是,因为合闸电阻值已在开罐检查时进行了直接测量,此次测试主要是测试合闸电阻投入时间,故施加的直流电压较小。若要准确测量出合闸电阻值,减少测量计算误差,除使用单臂电桥对外接电阻测量出准确值以外,施加的直流电源电压应在 220V以上。

6 结 语

通过现场测试数据与厂家出厂数据比较,可确认采用示波器录制外接电阻电压波形的方法,能准确测量断路器合闸电阻的投入时间,是一种简单易行的测试方法。