220 kV断路器辅助开关动作特性研究

朱仁，罗晓冬，郭文笔，朱文彬，殷亮

（国网湖南省电力公司湘西供电分公司，湖南吉首416000)

220 kV断路器辅助开关动作特性研究

朱仁，罗晓冬，郭文笔，朱文彬，殷亮

（国网湖南省电力公司湘西供电分公司，湖南吉首416000)

通过分析断路器主触头与操作机构辅助开关动作的关联性，针对性地开展分、合闸特性测试工作，对辅助开关的动作特性试验进行了有效的研究分析。

辅助开关；断路器；动作特性；延时时间；控制

断路器的分合闸动作指令是由其操动机构配置的辅助开关发出〔1〕，且辅助开关作为二次回路中的分、合闸控制开关以及联锁保护节点，在断路器主触头分、合闸操作时应发生相应的位置变换，当断路器处于分位时，合闸回路处于预合状态；当断路器处于合位时，分闸回路处于预分状态〔2〕。目前，高压断路器在交接和例行试验中，没有相关规程对其动作特性进行规定，无法掌控断路器辅助开关的运行健康状况，给断路器的健康运行带来了重大的安全隐患。通过研究断路器的主回路及辅助开关在分合闸过程的动作情况，对断路器辅助开关的测试及其动作特性进行了探讨分析。

1 辅助开关动作原理

断路器的辅助开关有瞬动辅助开关和延时速动辅助开关两种类型，合闸回路中的常闭触点取自瞬动辅助开关，分闸回路中的常开触点取自延时速动辅助开关，两者之间的区别为延时速动辅助开关有一个延时控制机构——扭簧〔3〕，以延时速动辅助开关为例介绍其基本机构和动作原理。

1.1 辅助开关的基本结构

以某厂家2001年生产的F6－8ⅡK/WB辅助开关为例介绍辅助开关的结构及动作原理。该辅助开关有4开4闭共8对触点，由主动轴、扭簧、主动卡片、从动卡片、脱扣器、静触点、动触点组成，带延时速动机械摩擦压接接触式结构，如图1所示。

图1 220 kV断路器辅助开关

主动转轴与断路器操作拉杆装置联动；主动卡片固定在主动转轴上，带动扭簧旋转而储能，主动卡片上的三角形顶针是脱扣的触发器；扭簧是储能元件；从动卡片套在辅助开关的转轴上，与接点的动触点联动，同时也是扭簧的固定件；脱扣器是扭簧释能的定位件。

1.2 辅助开关的动作过程

断路器辅助开关动作可以分为扭簧储能和扭簧释能两个阶段，断路器辅助开关的动作切换是伴随扭簧的储能和释能的过程进行的，具体动作过程如图2所示。

图2 断路器辅助开关伴随断路器的动作过程

扭簧储能:当断路器分闸动作时，断路器联动杆带动主动轴及主动卡片转动；脱扣器锁住从动卡片，使其和扭簧的定位端保持不动，扭簧开始储能。扭簧释能:当扭簧储能达到触发点时(主动卡片转动75°±5°)，主动卡片上的三角形顶针推动脱扣器，使从动卡片与扭簧的定位端一同脱扣。扭簧开始释放能量，带动从动卡片和辅助开关的转轴，完成辅助开关触点的切换。

断路器动作前:辅助开关的主动轴保持不动，动触点通过①和③接通，如图2(a)所示。

断路器动作中:从动卡片保持不动，主动卡片开始动作带动扭簧进行储能；动触点保持不动，通过①和③接通，如图2(b)所示。

断路器动作后:主动卡片上的三角形顶针推动脱扣器，使从动卡片与扭簧的定位端一同脱扣；扭转弹簧开始释放能量，带动从动卡片和辅助开关的转轴，完成触点的切换；动触点通过②和④接通，如图2(c)所示。

2 辅助开关动作特性的试验方法

辅助开关动作特性试验是将断路器主回路、分闸回路和合闸回路的一对辅助开关节点作为试验对象，使用动作特性一体化测试仪测量三者的动作时间并计算之间的不同期，从而得出瞬动辅助开关与主回路的动作时间差、延时速动辅助开关与瞬动辅助开关的动作时间差，通过分析测试结果得出辅助开关的健康状况。

试验开展的前提条件为断路器三相主回路的分合闸同期符合技术文件的要求，再分相开展相应的辅助开关特性试验，避免断路器主回路动作特性不合格给测试结果带来影响。试验操作流程分三步，其接线如图3所示。

图3 断路器辅助开关动作特性接线

1)将断路器的一次主触头的上下接线板、合闸回路的一对瞬动辅助开关节点和分闸回路的一对延时速动辅助开关节点分别接至测试仪对应的信号输入位置；

2)将测试仪的分合闸控制信号线直接接至断路器分合闸线圈；

3)测试仪发出分合闸指令控制断路器进行分合，分别测出断路器主触头和辅助开关的动作时间。

3 断路器辅助开关动作特性测试

以LW10B－252等型号断路器为例开展系列验证性试验，结合某220 kV变电站停电检修机会，在主回路动作特性测试合格后，对辅助开关分相开展了分闸、合闸动作特性试验，其技术文件要求断路器主回路分闸时间≤32 ms，合闸时间≤100 ms。

3.1 动作特性试验数据

在3次分相测试中，断路器的三相主回路的合闸动作时间差为2.2 ms，分闸动作时间差为1.4 ms，其瞬动辅助开关的动作时间预主回路基本保持一致，而延时速动辅助开关的动作时间则有很大的差异，具体测试数据见表1。

表1 断路器辅助开关常开触点动作时间ms

合闸过程中，三相延时速动辅助开关的时间差达10.7 ms；分闸过程中，三相延时速动辅助开关的时间差达7 ms，三相之间的时间不具备明显的分布特征，其中A相断路器及辅助开关的行程特性曲线如图4所示。

图4 断路器A相分合闸辅助开关行程特性曲线

三相断路器的辅助开关为同一厂家的同一型号产品，在测试中数据应具备一致性。根据试验结果分析，初步判断三相断路器的延时速动辅助开关内触点可能存在氧化、弹簧疲劳等情况，导致延时时间出现或长或短的明显差异。

3.2 处理后的特性试验

现场对该断路器的三相延时速动辅助开关进行了更换处理，并重新进行了动作特性试验。断路器合闸过程中，其瞬动辅助开关与主回路的动作时间基本一致，均在55 ms左右；延时速动辅助开关在瞬动辅助开关动作后19 ms左右动作，三相之间的延时时间差仅为0.8 ms。断路器分闸过程中，其瞬动辅助开关与主回路的动作时间也基本保持一致，均在29 ms左右；延时速动辅助开关在瞬动辅助开关动作后7.5 ms左右开始动作，三相之间的延时时间差仅为1 ms，具体数据见表2。

表2 更换后断路器辅助开关常开触点动作时间ms

分析试验结果，辅助开关的动作特性应具备一定数据分布特征，如断路器合闸辅助开关常开触点的延时时间在19.0 ms左右；断路器分闸辅助开关的延时时间在8.0 ms左右。

3.3 解体检查情况

对更换下的辅助开关进行了解体检查，发现辅助开关静触点存在轻微烧蚀痕迹，动触点聚碳酸脂存在开裂现象，如图5所示。可以推断，断路器辅助开关在操作过程中切换不到位和试验过程中延时时间分布差异大与动触点的聚碳酸脂开裂及触点烧蚀有关。

图5 断路器辅助开关解体检查情况

3.4 辅助开关动作特性试验验证

结合电网220 kV断路器停电检修，对LW6B－252，LW10B－252等多种型号断路器开展了相应试验。发现随着断路器的型号、辅助开关的型号的不同其分合闸动作时间有很大的差异，但三相延时辅助开关与瞬动辅助开关的延时时间基本保持一致〔4〕，互差均小于3 ms。

通过大量数据的积累，对同厂同型号断路器辅助开关动作特性的纵向、横向对比和定性分析，对辅助开关存在的安装角度偏差、内部卡涩生锈、扭簧疲劳等异常情况可以得到初步的判断结果。

4 结论

针对220 kV断路器辅助开关的结构特点及动作特性，对其动作特性时间和行程特性曲线进行了测试，并通过分析试验结果有效地检测到一起辅助开关动触点聚碳酸脂开裂的异常情况，避免了一起220 kV断路器不能有效分合闸故障的发生。

建议在开展交接、例行试验时，增加对断路器辅助开关的动作特性的测试项目〔5〕，将测试数据进行横向、纵向对比，并应逐步完善对220 kV及以上分相操作断路器辅助开关的动作特性和延时时间的技术要求。

〔1〕金立军，张勇，王珂，等.用于金属短接时间控制的辅助开关操动特性研究 〔J〕.中国电机工程学报，2011，31(15): 121-126.

〔2〕刘坚钢，金立军.用于高压断路器金短时间控制的辅助开关延时特性研究 〔J〕.高压电器，2012，48(3):17-20.

〔3〕金立军.用于高压断路器金短时间控制的扭簧延时辅助开关:中国，200710044658.2〔P〕.2007-08-07.

〔4〕国家电网公司.输变电设备状态检修试验规程:Q/GDW 1168—2013〔S〕.北京:中国电力出版社，2014.

〔5〕电气装置安装工程电气设备交接试验标准:GB50150—2016〔S〕.北京:中国计划出版社，2016.

Action Characteristics Research of Auxiliary Switch on 220 kV Circuit Breaker Operation Mechanism

ZHU Ren，LUO Xiaodong，GUO Wenbi，ZHU Wenbin，YIN Liang
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Xiangxi Power Supply Company，Jishou 416000，China)

By analyzing the correlation between the main contact of the circuit breaker and the auxiliary switch action of the operating mechanism，the characteristic test of the opening and closing of the circuit breaker is carried out，and the operation characteristic test of the auxiliary switch is studied and analyzed.

auxiliary switch；circuit breaker；action features；time delay；control

TM564

B

1008-0198(2017)04-0008-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.04.003

2017-01-19

朱仁(1989)，男，湖南衡东人，助理工程师，本科，主要从事高压试验及状态检修工作。