范敏，汪佳，何智強(qiáng)，黎治宇

(1． 國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長沙410007;2． 中國能源建設(shè)集團(tuán)有限公司湖南省電力勘測設(shè)計院，湖南 長沙410007)

高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的保護(hù)和控制設(shè)備，其性能的可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的可靠性。研究與統(tǒng)計表明，斷路器性能的可靠性與其機(jī)械傳動系統(tǒng)的可靠性密切相關(guān)〔1－2〕。因此，斷路器機(jī)械特性測試是例行試驗(yàn)中必不可少的項(xiàng)目〔3〕，根據(jù)測試結(jié)果所做出的機(jī)械狀態(tài)評價是斷路器可靠運(yùn)行和電網(wǎng)安全穩(wěn)定的重要保證。目前，湖南電網(wǎng)基層單位現(xiàn)場對斷路器機(jī)械特性測試主要包括分、合閘的速度、時間、同期，分、合閘線圈電流波形，速度行程曲線等，其中應(yīng)用分、合閘線圈電流波形來判斷斷路器缺陷的情況較少，且缺乏理論分析和缺陷類型的判斷。針對此種情況，文中介紹了一種基于分、合閘線圈電流波形分析的斷路器機(jī)械缺陷判斷方法〔4〕，闡述了該方法的基本原理、電流波形與缺陷類型的對應(yīng)關(guān)系，并根據(jù)其在某變電站的實(shí)際應(yīng)用情況驗(yàn)證了該方法的有效性。

1 波形分析原理

電磁鐵是斷路器操動機(jī)構(gòu)的重要組成部分，遠(yuǎn)程發(fā)出分、合閘指令或就地進(jìn)行分、合閘操作時，斷路器操動機(jī)構(gòu)分、合閘線圈中會流過電流，從而在電磁鐵中產(chǎn)生磁通量，鐵芯受到電磁力的作用就會使得斷路器分、合閘。分、合閘線圈電流波形與斷路器操動機(jī)構(gòu)的機(jī)械特性密切相關(guān)，因此線圈電流波形包含了可以作為斷路器機(jī)械缺陷判斷的多種信息。

斷路器分、合閘操作過程中的分、合閘線圈電流變化各階段如圖1 所示:

圖1 分、合閘線圈電流標(biāo)準(zhǔn)波形圖

從圖1 可清晰看出分、合閘線圈電流波形的5個階段，圖中t0為分、合閘指令到達(dá)時刻、t1為線圈電流上升到足以使鐵芯運(yùn)動的時刻、t2為鐵芯吸合運(yùn)動停止的時刻、t3為線圈電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時刻、t4為輔助開關(guān)打開的時刻、t5為線圈電流下降到0 的時刻。

t0—t1階段，線圈在t0時刻通過電流，到t1時刻鐵芯開始運(yùn)動，此時為斷路器分閘計時的起點(diǎn);t1—t2階段，t1時刻鐵芯開始運(yùn)動，線圈電流下降，此過程中鐵芯會碰撞脫扣桿，到達(dá)t2時刻時，鐵芯吸合，運(yùn)動停止，線圈電流下降到最低值，同時t2是斷路器動觸頭開始運(yùn)動的時刻;t2—t3階段，鐵芯停止運(yùn)動，此時由操動機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)帶動動觸頭進(jìn)行分、合閘操作，線圈電流又呈指數(shù)上升;t3—t4階段，線圈電流達(dá)到近似穩(wěn)態(tài);t4—t5階段，輔助開關(guān)斷開，線圈電流迅速下降到0。

在線圈電流變化的5 個階段中，t0—t1階段的電流波形與控制電源和線圈電阻有關(guān)，t1—t2階段的電流波形可以反應(yīng)電磁鐵鐵芯機(jī)構(gòu)有無卡澀、變形、脫扣失靈等現(xiàn)象，t2—t3階段的電流波形可以反應(yīng)斷路器操動機(jī)構(gòu)的傳動部分的運(yùn)動情況，通過對這幾個階段線圈電流波形的分析可以初步判斷斷路器的部分機(jī)械缺陷類型和發(fā)展趨勢。

2 波形分析法的現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 現(xiàn)場測試與結(jié)果分析

在某變電站進(jìn)行一次設(shè)備的停電檢修和例行試驗(yàn)中，使用斷路器動作特性分析儀測試平高生產(chǎn)的LW6B－252 型斷路器動作特性，在全部間隔測試完成后發(fā)現(xiàn)602 斷路器C 相合閘線圈電流波形存在異常，合閘線圈電流波形和行程特性曲線如圖2 所示，作為對比，602 斷路器A 相合閘線圈電流波形和行程特性曲線如圖2b 所示。

從圖2 中可以看出，A 相合閘線圈電流波形與圖1 的標(biāo)準(zhǔn)波形類似，說明A 相操動機(jī)構(gòu)處于正常狀態(tài)，而C 相合閘線圈電流波形在與圖1 對應(yīng)的t2—t3階段有較多的擾動和鋸齒波形，說明602斷路器C 相操動機(jī)構(gòu)的傳動部分存在異常，可能有連接件松動情況。

圖2 602 斷路器合閘線圈電流波形和行程特性曲線

2.2 結(jié)果驗(yàn)證

為驗(yàn)證波形分析結(jié)果是否有效，后續(xù)制定了現(xiàn)場驗(yàn)證方案。現(xiàn)場驗(yàn)證過程如下:

將602 斷路器退出運(yùn)行，并使其處于分閘狀態(tài)，電源斷開;斷路器液壓機(jī)構(gòu)油壓泄至0 表壓;打開斷路器三相本體的觀察窗方板，用12 吋活動扳手，試轉(zhuǎn)動操作拉桿與工作缸連接處的六方接頭，發(fā)現(xiàn)在使用扳手對602 斷路器C 相操作拉桿與工作缸連接處的六方接頭扭動時，操作拉桿角度發(fā)生位移，說明操作拉桿接頭處已松動，斷路器機(jī)械傳動部分確實(shí)存在缺陷，從而驗(yàn)證了波形分析結(jié)果的有效性。

后通過進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)該型斷路器絕緣拉桿采用螺旋式連接結(jié)構(gòu)，拉桿與接頭處金屬螺紋容易出現(xiàn)松動。此種缺陷可能導(dǎo)致斷路器在分、合閘過程中的分合不到位，甚至爆炸的現(xiàn)象，故及時發(fā)現(xiàn)此類缺陷并進(jìn)行處理對保證電網(wǎng)運(yùn)行安全有重要意義。

2.3 有效性評價

目前在對斷路器動作特性進(jìn)行測試時，關(guān)注點(diǎn)多在斷路器分、合閘時間、同期、行程特性曲線等項(xiàng)目，對于分、合閘線圈電流波形的關(guān)注和利用較少，本文提供了一種基于分、合閘線圈電流波形來分析斷路器機(jī)械缺陷的方法，并通過現(xiàn)場測試驗(yàn)證了其有效性，為斷路器機(jī)械特性的現(xiàn)場判斷提供了一個有效手段，基層高壓試驗(yàn)人員可參考利用分、合閘線圈電流波形來判斷斷路器機(jī)械缺陷。

與此同時，基于分、合閘線圈電流波形來分析斷路器機(jī)械缺陷的方法還存在不足之處:①由于現(xiàn)場測試的誤差，分、合閘線圈電流波形并不十分精確，單憑一次測量結(jié)果不能準(zhǔn)確判斷斷路器機(jī)械缺陷，602 斷路器C 相與A 相的分閘線圈電流波形和行程特性曲線分別如圖3 所示，從圖中可以看出分閘線圈電流波形曲線并無太大差別，且與標(biāo)準(zhǔn)分閘電流波形類似，故需多次測量并結(jié)合斷路器動作特性曲線、彈跳波形等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合判斷。②目前該方法只能用于離線測量，結(jié)合停電例行試驗(yàn)同步進(jìn)行，周期較長，不能在斷路器正常運(yùn)行的分、合閘操作中實(shí)時監(jiān)測分、合閘線圈電流波形，及時反映斷路器的操動機(jī)構(gòu)機(jī)械狀態(tài)。

圖3 602 斷路器分閘線圈電流波形和行程特性曲線

總之，基于分、合閘線圈電流波形來判斷斷路器機(jī)械缺陷的方法還在研究階段，目前可利用其基本原理和標(biāo)準(zhǔn)波形來初步判斷斷路器機(jī)械缺陷。下一步研究重點(diǎn)在于將該測試方法由離線變?yōu)樵诰€，在斷路器正常分、合閘操作時，通過高精度直流TA 在線測量其分、合閘線圈電流波形，同時對波形分析數(shù)學(xué)方法加以研究，以便在不停電的情況下對斷路器機(jī)械缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

3 結(jié)束語

1)本文研究了斷路器分、合閘線圈電流標(biāo)準(zhǔn)波形、斷路器機(jī)械缺陷與線圈電流波形的對應(yīng)關(guān)系，為根據(jù)實(shí)測線圈電流波形判斷斷路器機(jī)械缺陷提供了依據(jù)。

2)通過對變電站在運(yùn)斷路器動作特性測試、分、合閘線圈電流波形分析和現(xiàn)場驗(yàn)證，證明了斷路器機(jī)械缺陷的線圈電流波形分析法的有效性，為判斷斷路器機(jī)械傳動缺陷提供了有效參考。

3)斷路器機(jī)械缺陷的線圈電流波形分析法目前還存在測試結(jié)果欠精確、只能在停電例行試驗(yàn)中同步進(jìn)行而不能實(shí)時監(jiān)測等問題，有待于后續(xù)進(jìn)一步試驗(yàn)和研究。目前該方法只能作為判斷斷路器機(jī)械缺陷的一個參考，要準(zhǔn)確判斷斷路器是否存在缺陷和其缺陷類型還需根據(jù)各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合判斷。

〔1〕中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局． GB 1984—2003高壓交流斷路器〔S〕． 北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003．

〔2〕中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會． DL/T 593—2006 高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求〔S〕． 北京:中國電力出版社，2006．

〔3〕國家電網(wǎng)公司． Q/GDW 168—2008 輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程〔S〕． 北京:中國電力出版社，2008．

〔4〕胡曉光，孫來軍，紀(jì)延超． 基于線圈電流和觸點(diǎn)狀態(tài)的斷路器故障分析〔J〕． 電力自動化設(shè)備，2006，26(8):5-7．