断路器机械特性测试故障分析

李国正，叶　辉，赵巧洪

（二滩水力发电厂，四川攀枝花，617000）



断路器机械特性测试故障分析

李国正，叶辉，赵巧洪

（二滩水力发电厂，四川攀枝花，617000）

分析了一例因控制电缆屏蔽层未做防护，屏蔽层和二次插把外壳短接，导致地刀动触头侧接地，导致断路器机械特性测试结果异常的故障，介绍了故障原因查找过程和故障排除方法。

断路器；分合闸特性测试；屏蔽线

0　前言

气体绝缘全封闭组合电器（GAS INSULATED SWITCHGEAR，简称GIS）因其结构紧凑、占地面积小、可靠性高、配置灵活、安装方便、安全性强、环境适应能力强、维护工作量很小等特点，目前广泛应用于高压、超高压输配电领域。断路器的分合闸时间测定是日常检测维护的关键项目之一，通过测定断路器的分、合闸线圈从接到动作指令到主触头断开、电弧熄灭或者接触所用的时间等特征参数，可以反映断路器开断速度和健康状况，因此需要在实际工作中根据规程定期测量［1］。

1　发现问题

二滩水电站GIS 5041开关单元共有1组断路器，3组隔离开关，3组接地开关，1组快速接地开关。其中断路器为某公司ELK-SP3型SF6气体绝缘卧式双断口断路器，操作机构为HMB-8型液压操作机构，额定电压550 kV，SF6气体额定压力0.6 MPa。隔离开关、接地开关均配用DH3型电动操作机构，三相联动操作。接地开关操作机构安装在C相接地开关上方，外壳和C相接地开关连接在一起。

5041开关单元主接线如图1所示。

图1　5041开关单元主接线图Fig.1 The main wiring diagram of switch unit 5041

对5041开关单元进行定期分合闸动特性测试，试验前二石二线已停电，5041开关处于分闸位置，两侧隔刀50411、50412、50421、50416处于分闸位置，接地开关504117、504127、504217、504167、5041617处于合闸位置，但504127和外壳接地连片已断开，试验需要的二次措施已完成。

使用TM1600断路器机械特性测试仪，进行5041开关合闸操作。开关合闸动作正常、指示正确，但未测出C相合闸时间；再次进行分闸、合闸操作，其动作、指示均正常，仍未测出C相动作时间。试验结果见表1。

表1　开关分、合闸测试结果Table 1 Test result of the switch off and switch on

使用MOM-690直阻测试仪，对开关主回路进行直阻测量。方法为：测试仪的两端分别夹在504117、504127地刀处，利用接地网与开关主回路构成通路，通入DC 200A电流。测试结果为A相137 μΩ，B相135 μΩ，C相112 μΩ。

考虑到之前测试三相主回路的直阻均在130～140 μΩ之间，且断路器运行之后主回路直阻减小的可能性很小，因此认为C相动作时间无法测出，原因在于C相设备本身，而非试验仪器。

2　问题分析

查阅资料得知，TM1600断路器机械特性测试仪对断路器分、合闸的时间测量实质上考察的是电位的变化。测试时认为断路器两端电位变化的时间为终结时刻，线圈通电时间为起始时刻，两者之间就是断路器的动作时间［2］。此处断路器进行分合闸操作，C相的动作时间均未测出，说明试验期间C相断路器两侧接地开关的电位未发生变化。

对断路器进行分闸操作，用万用表分别测量两接地开关间三相主回路的绝缘情况，测得A相8.5 ΜΩ，B相9.2 ΜΩ，C相0.47 Ω。此时，分析造成C相未测得分合闸时间的原因，有下列两种：

（1）断路器进行分闸操作，虽然断路器指示正常，但动静触头并未完全断开，一直处于导通状态；

（2）断路器分闸状态时，504127接地开关发生了接地，因此造成测量电阻等效为两接地开关间罐体金属外壳的电阻。

考虑到断路器主回路合闸时的电阻为微欧级，且断路器动作和状态指示均无异常，因此认为第二种可能性比较大。为验证猜测的正确性，将504127接地开关进行分闸操作，现场用万用表测量504127各相对地的绝缘电阻，结果为A、B两相均大于600ΜΩ，C相为0.51 Ω，因此认为猜测正确。此时，504127是怎么发生接地的，根据现场设备安装结构，有以下三种猜测：

（1）504127的动闸刀与金属罐体内壁发生接触，造成接地短路；

（2）504127本体与断路器罐体之间的绝缘法兰被破坏，绝缘性能下降；

（3）考虑到504127三相联动，操作机构安装在C相，操作电机的电源线以及控制信号线的插拔均安装在C相。因为504127的接地连片已经解开，除两插拔外和外界无电气联系，因此怀疑接地短路由两个二次插拔造成。

对于第一种猜测，因为5041开关单元从上次检修结束投入运行以来，没有进行分合闸动作，且504127动闸刀运动方向与管壁垂直，与管壁之间安装有瓷绝缘套，因此认为发生较大变形导致与金属罐体内壁发生接触造成接地短路的可能性很小。对于第二种猜测，因为504127本体与断路器罐体之间的绝缘法兰无论是运行还是检修期间都不受高压、高温、强振动等恶劣因素的作用，且即使受到破坏，也不可能从一绝缘体变成良导体。因此，认为第二种猜测不成立。对于第三种猜测，考虑到C相与A、B两相的不同之处，咨询厂家之后，将接地开关操作机构箱子上的两个插拔分别拔出。当拔出插拔P2时，用万用表测量504127 C相对地绝缘，结果为 0.50 Ω；把插拔P1也拔出时，再次测量504127 C相对地绝缘，结果为8.7ΜΩ。因此认为504127 C相通过插拔P1发生了接地。

3　解决问题

检查插拔P1，发现其屏蔽线有松散现象，并碰触到插拔的一颗固定螺杆，用万用表测量该螺杆对地绝缘情况，测试结果为0.31 Ω。因为该螺杆固定在接地开关操作机构箱的金属外壳上，而接地开关的外壳和操作机构的外壳连在一起，所以即使解开了接地连片，504127 C相依然通过碰触到螺杆上的屏蔽线保持接地。整理松散的屏蔽线，用3M黄色绝缘胶带进行整包扎，之后将插拔回插。如图2所示。

图2　设备结构实物图Fig.2 Equipment structure

测量504127 C相对地绝缘，结果为8.5ΜΩ，与A、B两相情况相近。

重新进行开关分合闸特性试验，测试结果见表2。

参考厂家标准：合闸时间48～60 ms，合闸不同期不大于4 ms；分闸时间15～24 ms，分闸不同期不大于2 ms。所有测试结果均符合厂家标准，开关分合闸特性试验合格［3］。

表2　断路器分合闸特性试验数据Table 2 Test data of the characteristics in switch off and switch on of the circuit breaker

重新进行断路器主回路直阻测试，测得A相140 μΩ，B相135 μΩ、C相136 μΩ。开关主回路直阻测试结果和历史数据相比无明显变化，直阻测试试验合格。

4　结语

本次故障是典型的二次回路故障影响一次设备检测结果案例，为电力检修工作提供了一点有益的、可供借鉴和推广的经验：电力检修工作需要综合性的知识结构，需要认真负责的工作态度，需要严谨细致的分析方法。表现为一次或二次设备的故障，其真正的原因可能是其他系统故障作用。作为电站的设备检修维护人员，要能够根据故障的表现形式，结合设备、系统的结构和仪器的工作原理查找引起故障的真正原因，不应仅拘泥于设备或系统本身，以免出现分析偏差，发生不必要的设备拆解或扩大故障处理工作范围的结果。

［1］顾显华，曹阳，李凯.500 kV GIS及罐式断路器分合闸时间测试结果探讨［J］.山东电力技术，2010（2）：18-20.

［2］上海保伽玛电气设备有限公司.TM1600断路器机械特性测试仪操作手册［M］.

［3］沈阳高压开关有限责任公司.ELK3型六氟化硫封闭式组合电器安装使用说明书［M］.

In this paper，a fault in mechanical characteristic test of circuit breaker caused by the failure of shield cable was analyzed.As well，the whole process of cause finding and problem solving are introduced，for reference.

circuit breaker；mechanical characteristic test；shield cable

TM56

B

1671-1092（2016）02-0061-03

2015-07-06

李国正（1988-），男，河南郸城县人，本科，从事电气一次设备检修维护工作。

作者邮箱：1097576182@qq.com

Title：Fault analysis on mechanical characteristic test of circuit breaker//by LI Guo-zheng，YE Hui and ZHAO Qiao-hong//Ertan Hydropower Plant