关于手持式断路器校验仪的研制

国网金华供电公司 刘洁波 郑晓明 陈文通 吴雪峰 单 鑫 黄晓峰

随着中国从制造大国转向制造强国，全社会用电需求量依然不断增大且对电能质量要求越来越高。为保证持续、稳定、安全供电，电力企业不仅要新建变电站，更要对老变电站进行综合检修，以保障变电站良好的健康状态。在220kV变电站综合检修过程中，断路器二次回路的反措试验（防跳功能验证试验、三相不一致时间测量试验）是极为重要的试验项目。防跳功能异常轻则造成断路器无法正常动作、重则扩大事故停电范围，甚至引起爆炸事故[1]。三相不一致时间与设定值相比误差太大，可能会导致三相不一致保护拒动或者误动，从而扩大事故范围[2]。然而由于缺少专用的校验装置，人工试验方法耗时长、效率不高、安全性低。

因此，如何提高试验的工作效率、可靠性及安全性，减少设备停电检修时间，对于提高电力企业的经济效益，推进国家电网建设具体中国特色国际领先的能源互联网企业的战略目标具有重大的意义。

1 现状分析

目前国内外的继电保护装置都是综合性校验装置，体积大而笨重，且需外接220kV 的直流电源，在检修现场工作利用继电保护装置进行断路器二次回路反措试验，试验安全可靠但非常不便捷，整体工作效率低。相对于利用继电保护保护装置进行断路器二次回路反措试验，变电站检修现场更多利用人工试验法。

防跳功能验证试验采用“人工短接接点法”，该方法由两个操作人员相互配合，人工短接跳、合闸接点。若断路器的初始位置为分位，一个人试验人员先短接分闸接点，然后第二个试验人员再短接合闸接点，保持不动。若断路器初始位置为合位，操作顺序相反。该方法存在以下缺点：两人配合试验，无法单人操作进行试验；使用短接线人为短接接点，安全性低，有触电的风险；短接不牢靠，配合不默契，试验容易失败，重复作业。

图1 人工短接点法示意图

图2 后台计时法示意图

三相不一致时间测量试验采用“后台报文计时法”，一个试验人员在户外模拟断路器“偷跳”或“偷合”，断路器动作发出动作信号、在后台主机形成相应的SOE 报文，经过延时，断路器三相不一致保护动作，三相跳闸，后台主机再次形成相应的SOE 报文，另一个试验人员在户内查看并计算前后两次报文的时间间隔，即三相不一致时间，该方法存在以下缺点：无法户外现场计时，需要户内户外两个人相互配合；后台报文刷新快、数量多，查找对应报文不方便；老变电站报文没有SOE 时间，无法使用该方法。

2 创新思路及技术原理

国内外电力设备市场上并不存在专门用于断路器二次回路反措试验，根据人工试验方法的特点，提出研制一种专用的校验装置来替代操作人员执行这两种方法，具体创新思路如下：人工短接接点法。通过试验线将分闸接点和合闸接点引至校验装置，根据试验人员的选择，由程序控制接点的导通顺序，代替人工作业；后台报文计时法。通过试验线将相应的断路器动作信号接点引至校验装置，校验装置发出断路器动作信号，自动启动计时，当装置收到三相不一致保护动作信号后，自动停止计时，从而自动完成计时。

技术原理：利用集成式设计原理进行系统设计，小组成员将装置整体分为电源模块、人机交互模块、控制模块、机箱模块，其实现效果与实现途径分别为：电源模块。综合供电性能好，对比选择电池；处理器模块。功耗低、运算快，对比选择处理器及编程语言；人机交互模块。液晶屏显示稳定，对比选择驱动芯片；指令输入操作方便，对比选择指令输入硬件；机箱模块。轻、抗摔、耐腐蚀，对比选择材质，保护性能好，设计机箱结构。

3 设计方案及效果检验

电源模块。锂电池比能最高、自放电率最低、使用寿命最长，从三个主要性能参数对比发现理电池综合供电性能最好。选择合适容量的锂电池组装电源并设计电压转换电路，确保电压波纹系数小于2%，为校验装置提供稳定电源。

人机交互模块。包括液晶显示屏和指令输入。液晶显示屏选择点阵式液晶显示屏，利用TLC5941芯片驱动显示屏，其位间电流误差仅为2.0%，显示稳定。指令输入选择A/D 转化按键，可根据功能需要定义每个按键的指令意思，适用于多功能仪器的指令输入。试验人员可以通过按键输入指令选择不同的试验项目，并根据断路器实际位置状态选择相适应的试验方法；操作人员还可通过按键修改装置获试验的初始参数。

控制模块。从芯片价格、功耗、执行周期三方面对比选择了LPC2131处理器。为提高系统效率，按键的操作响应可采用中断的方式进行，由键码key、系统状态win 和opt 决定执行什么作业，如图3所示。根据预设功能开发设计软件程序并固化在CPU 内部，根据人机交互单元中指令输入，启动程序运行指令，从而控制计时器和信号开入开出回路工作，完成预设功能。

图3 系统操作响应方式

机箱模块。设计机箱外型，选择合适的材质制作机箱，既要保证机箱轻便、便于操作人员手持操作，同时要保证机箱具有良好的机械强度和绝缘性，因此选择聚丙烯材质，机箱设计图如图4所示。

图4 机箱尺寸

在220kV 变电站对手持式断路器校验仪进行了实际应用，以检验实际效果：提高工作效率。同一个间隔，使用人工试验方法方法需要25.7min，而使用手持式断路器校验仪只要7.6min，缩短58.8%，将工作效率提高了233%；释放检修力量。原来需要2个试验人员配合完成试验，现只需要1个试验人员；提升安全性。使用校验仪代替人工作业，改善作业环境，避免操作人员使用短接线触电的风险。

4 结语

根据断路器二次回路反措试验人工试验方法的特点，本文详细介绍了手持式断路器校验仪的研发过程，经实践证明校验仪能极大提高试验的工作效率和安全性。国内外电力设备市场上并不存在专门用于断路器二次回路反措试验的装置，因而手持式断路器校验仪整好填补了该市场空白，具有以下几个创新点：多功能。试验人员可以选择不同的试验项目，可根据断路器的初始状态选择不同的试验方法；程序驱动。采用ARM 芯片控制输出工艺，根据输入指令由程序控制跳闸接点和合闸接点导通的先后顺序，替代人工作业；智能计时。当装置发出信号时自动启动计时，而当装置接受到信号时自动停止计时，实现了户外现场智能计时。