变电站断路器仿真模型的研制

顾红友 梁浩泉

（广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门529000）

1 断路器模型的结构

断路器模型是变电站布置Y型SF6断路器的“缩小版”，按照变电站设备场地的断路器结构等比例缩小至适当尺寸，包含了设备场地断路器的基本主要部件。断路器模型主要结构包括：灭弧室、均压电容、三联箱、支柱、支腿、密度继电器、主储压器、工作缸、排油阀、辅助油箱、断路器手动分合闸操作回路等[1]。

断路器模型每相为单柱双断路，即每相有两个变开距灭弧室，支柱有两节瓷套，其作用是使断路器与地绝缘。支柱瓷套内安装绝缘拉杆，拉杆的上端与三联箱内的传动机构相连接，中间的一组对接法兰把绝缘杆的下端与工作缸活塞杆连接起来，并装有分、合机械指示牌。均压电容与断路器水平臂并列平行安装，起到所加电压均匀分布在断路器两个断口的作用。

储能系统采用弹簧储能结构，由电机、两条弹簧及其附件构成，电机是储能机构的原动力，所有动作能量的原始来源，可通过剖面透视结构观察其内部机构和动作配合情况。同时，断路器模型灭弧室、操作结构均为剖面透明设计，从外面能清楚地看到其内部结构及动态操作过程。灭弧室为开放式的，无法充入灭弧介质，由灭弧介质储存罐代替灭弧室储存灭弧介质，且灭弧介质储存罐和密度继电器相互配合构成压力闭锁回路。

手动分合闸操作回路包含了现场断路器从操作箱接线排至断路器本体所有的完整分合闸回路：两回分闸回路、一回合闸回路，在操作回路电源端加入3个按钮，分别为手动分闸按钮一（通过分闸回路一控制断路器）、手动分闸按钮二（通过分闸回路二控制断路器）、合闸回路按钮（通过合闸回路控制断路器）。

同时，操作回路串入了防跳回路和压力低闭锁回路，可以避免在合闸按钮粘连的情况下按下分闸按钮，断路器反复跳跃以及断路器SF6绝缘介质压力低时分合断路器。

整个模型垂直固定在可移动的底座结构上，底座下方装有4条支腿，在支腿的支撑下，整个断路器模型可稳固地站在水平地面上，即便是分合断路器，整个仿真模型也可轻松实现平稳站在地面，不发生倾斜或翻倒。

从整体结构而言，仿真模型为SF6断路器，Y形布置，制作精细，体现细节，比例正确，色彩鲜明和谐，具有质感的真实性和观赏性，模型喷漆经过抗氧化表面处理，以增强漆膜的粘附牢度。

2 断路器模型的主要功能

断路器模型按照设备场地真实断路器等比例缩小制作而成，具备设备场地断路器的基本功能，其能进行断路器分合闸操作。由于其是剖面透明结构，运行检修人员能清楚地看到断路器灭弧室、均压电容、三联箱、支柱、支腿、密度继电器、主储压器、工作缸、排油阀、辅助油箱等内部结构及动态操作过程，能够演示断路器静动触头结构和分合过程、储能系统结构和动态操作过程，模拟手动分合闸和压力闭锁功能。

（1）断路器静动触头结构和分合过程演示。

常规断路器灭弧室充有灭弧气体介质，故其是封闭良好、不透明的结构，运行检修人员无法从外面看到断路器静动触头的结构、合分闸时触头的位置状态。断路器模型的研制，以其独特的剖面透明结构，可通过剖面断口观察触头的形状、动静触头开距、动静触头的分合速度等信息，很好地将动静触头的结构和动作过程展现出来。

（2）断路器储能系统结构和动态操作过程。

分合闸弹簧储存的能量是断路器分合闸动力的直接来源，储能系统故障将直接导致断路器拒动或误动，从而误切负荷或扩大事故范围。断路器仿真模型完整地展现出了储能系统的工作原理和过程。储能系统由两个弹簧、电机及其他机械构件组成，合闸弹簧通过电机储存能量，分闸弹簧通过合闸弹簧储存能量，合闸弹簧为合闸和分闸弹簧提供动力，分闸弹簧为分闸提供动力。模型具有弹簧储能状态的指示标志。

（3）具备完整的操作控制回路，可以模拟手动合闸、手动分闸、压力闭锁的功能。

操作回路采用24 V直流电源，当控制回路操作电源在投入位置，逻辑满足分闸（合闸）要求时，即可通过分闸（合闸）按钮，通过分闸控制回路（合闸控制回路），使断路器的分闸线圈（合闸线圈）动作，实现断路器的手动分闸（手动合闸）过程。将密度继电器的辅助接点串入分合闸控制回路中，实现断路器气压低时的压力闭锁功能，灭弧介质压力低时，作用于密度继电器，通过辅助触点达到闭锁分合闸的功能[2]。

断路器模型除了实现设备场地断路器的基本功能之外，更重要的是将其内部各个机构元件之间的动作和配合过程呈现给运行检修人员。

3 断路器模型的特点

（1）高度的仿真性和可观察性。

囊括了设备场地断路器的基本结构，且由设备场地断路器结构缩小而成，并非徒有断路器其表，而可谓“麻雀虽小，五脏俱全”，拥有断路器的基本功能。同时，断路器仿真模型的用途为演示和教学，其部分结构采用透明材料，以便运行检修人员观察。

（2）强大的演示和教学功能，可操作性强。

将断路器的各个动作过程完整地呈现给运行检修人员，使运行检修人员清楚断路器各个机构的动作配合过程和机理。传统培训大都是文字式的灌输过程，PPT和材料教学形式单调，学员兴趣低，遗忘率高，效果一般。使用本断路器模型采用实操培训的方式，学员可以通过自己观察了解断路器内部结构，也可自己动手操作断路器的分合闸，形式新颖，内容丰富，运行检修人员学习兴趣提高，大大提高了培训效率。

（3）可反复使用和移动，辐射周边巡维中心，降低断路器培训成本。

本断路器为设备场地断路器的缩小版，小巧灵活，移动运输方便，可分时段巡回供周边巡维中心运行人员、检修人员使用学习，一次性投资，重复多次共享使用，降低了培训成本。

（4）为二次保护和刀闸留有接口空间，扩展方便。

留有二次保护和刀闸接口空间，可以较为方便地进行元器件的更新和增加，为实现更强大的功能铺垫基础，未来通过不断地丰富结构，可提供更加强大的功能和更加良好的现场培训效果。

4 断路器模型的应用前景

断路器模型的内部结构和动态操作过程与设备场地断路器相同，具有较高的培训价值，可优先满足本变电站的断路器知识培训需求。断路器模型大小适中，移动灵活，培训工作也可辐射至周边巡维中心。先在本供电局试用，技术成熟后可推广至全省甚至全国电力系统，可以提高变电站运行人员的技能水平，提高设备巡检质量，保证设备安全可靠运行[3]。同时，断路器仿真模型留有接口空间，在未来一段时间通过对仿真模型的不断丰富完善，加入操作箱、二次保护设备、测控设备以及两侧的隔离开关，可以形成一个完整的间隔，用其对继保人员进行动手实操培训，效果更好。

5 结语

综上所述，本文详细阐述了500 kV断路器仿真模型研制工作的各个方面，对断路器模型的结构、功能、特点和应用前景进行了介绍。等比例缩小断路器模型有良好的培训价值，可使运行检修人员牢牢掌握断路器内部结构、配置情况、动态操作过程和工作原理，提高运行检修人员的技能水平，为断路器操作和日常维护提供强有力的技能保障。