一种便携式双端接地断路器机械特性测试仪的研制

刘慧娟 王啸峰

（广东电网有限责任公司珠海供电局，广东珠海519000）

0 引言

高压断路器不仅可以切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流，而且当系统发生故障时通过继电器保护装置的作用，还可以切断过负荷电流和短路电流，在电力系统中担负着控制和保护的双重职责。断路器的机械特性试验是电力系统中广泛开展的一项周期性常规工作，仅珠海供电局每年开展的断路器机械特性试验就多达1 000余次，因此断路器机械特性测试仪性能的优劣直接影响电力系统的安全运行。由于传统断路器机械特性测试仪存在接线繁琐、传感器不满足现场实际需求、二次端子排接线不稳固等问题，本项目研制出一种新型的便携式双端接地断路器机械特性测试仪，解决了以上问题，提高了工作效率，降低了安全风险，增强了断路器在电网运行中的安全稳定性。

1 问题概述

断路器的机械特性试验是电力系统中广泛开展的一项周期性常规工作。传统的断路器机械特性试验存在以下问题：

1.1 一次接线复杂

采用传统的机械特性测试仪测试时，需要将一次接线连接到断路器端口的两侧（图1），因此要求断路器断口至少一侧处于开路状态才能进行。部分组合电器开关由于断路器两侧无引出点，需要母线停电并进行部分解锁操作，用相邻出线间隔进行试验，其中会涉及停电困难、增加安全风险等问题。而部分断路器为了满足至少一侧处于开路状态，需要进行高空解线工作，增加了工作量和安全风险。

图1 传统机械特性测试仪测试原理

1.2 传感器不满足现场实际需求

根据中国南方电网公司Q/CSG 1206007—2017《电力设备检修试验规程》的要求：需对110 kV及以上电压等级的断路器进行速度测试。而传统的断路器机械特性测试仪的传感器（图2）无法满足现场实际需求，对部分老旧断路器进行速度测试时存在困难，由于出厂时间过长、设计老旧等原因，厂家无法提供配套传感器；并且因为直线测速的形式多样、距离不一致，现有的传感器也难以满足现场的实际需求，难以进行断路器的测速试验。

图2 传统直线传感器

1.3 二次端子排接线不稳固

断路器机械特性测试的二次接线需要将测试仪的二次线连接到断路器的二次端子排，传统的二次接线方式采用小夹子连接延长导线的方式，这种接线不稳固，当断路器动作时振动较大，使用的线夹等接线工具难以固定在二次端子排上，容易发生接触不良或线夹脱落，影响试验工作。

2 解决思路

针对以上问题，本项目的解决思路是：

2.1 采用双端接地的测试方法替代传统的测试方法

针对一次接线复杂，需要将一次接线连接到断路器端口的两侧，要求断路器断口至少一侧处于开路状态才能进行，从而需要母线停电并进行部分解锁操作，用相邻出线间隔进行试验的情况，本项目的解决思路是：采用双端接地的测试方法（图3）替代传统的测试方法，减少解开断路器端口一次线的工作，缩小停电范围，降低安全风险。

断路器两端接地时分、合闸时刻的测试方法是以电磁感应为基本原理，断路器、电缆、地网和两个接地开关组成一个通流体，该通流体的闭合和断开是依靠断路器的分、合闸操作实现的。在两端施加电流，当该通流体闭合时，高频电流传感器的线圈中就会产生一个对应的感应电流；而在通流体断开时，电流采样器中就没有感应电流。对于感应电流产生和消失的时刻进行测量即可对应出断路器的关合和开断时刻，于是双端接地的测试方法就可以解决传统测试方法遇到的问题。

图3 双端接地机械特性测试仪测试原理

2.2 改进测速传感器，附加一个辅助工具

一方面利用直线速度转为角速度再转为直线速度的原理满足现场速度测试的需要，另一方面采用过渡支架拓展传感器的通用性，匹配大部分在网断路器型号的测速要求（图4）。测速传感器辅助工具原理是针对能够进行直线测速的断路器，把断路器的直线速度转为角速度再转为直线速度，以满足现场速度测试的需要。

图4 新型传感器附件示意图

2.3 研制能稳固插入二次端子排的接头

设计一种新型的固定卡具（图5），协助二次接线能稳固接触到相关端子，增加二次接线的稳定性，减少因接触不良引起的重复工作，提高工作效率。

图5 新型二次接线辅助工具

3 新型测试仪技术参数与要求

研制出轻便、适用性强、使用方便的便携式双端接地机械特性测试仪，并应用于生产实际工作之中，应达到的技术参数与要求如下：

（1）便携式双端接地机械特性测试仪：1套。仪器为嵌入式工控机，配有高速热敏打印机，方便现场打印测试数据。内置集成式操作电源，可提供DC 10～260 V可调电源，电流20 A，任意整定分、合闸线圈的动作电压值，完成断路器的低电压动作试验。开关动作一次，得到所有数据及图形。主机可存储试验数据（可扩展存储卡），并通过蓝牙进行数据交互。配备U盘接口，可直接把数据保存到U盘，上传到计算机进行分析、保存。同时可测6路金属断口、2路双端接地开关。

（2）便携式双端接地机械特性测试仪配套附件：1套。含二次线、传感器和辅助工具等配件。

便携式双端接地机械特性测试仪实际接线图如图6所示。

图6 实际连接图

4 效果归纳

（1）提出了一种不需要解开断路器两端一次线即可测试机械特性的新方法，解决了断路器机械特性试验一次线接线困难的问题；

（2）设计了一种新型传感器附件，解决了实际测试中断路器速度测试不准确的问题；

（3）研制了一种能稳固插入二次端子排的工具，解决了二次端子排连接不稳定性、容易掉线夹的问题。

5 结语

该装置具有轻便、适用性强、使用方便的特点，测试断路器机械特性时不需要解开断路器端口两侧一次接线，增加了满足现场需求的速度传感器辅助工具，改良了二次端子接口的稳定性和通用性，大大提高了工作效率，降低了安全风险，增强了断路器在电网运行中的安全稳定性。该装置适应于10～220 kV断路器的机械特性测试，可推广至全行业使用。