蘭 煒 王嘯峰

（廣東電網(wǎng)有限責任公司珠海供電局，廣東珠海519000）

0 引言

斷路器是電力系統(tǒng)中非常重要的設備之一，其主要功能是關合負荷電流、故障電流、工作電流等一系列的大電流。斷路器通過和二次繼保及潮流分析配合，可以及時切斷故障，完成運行方式的轉(zhuǎn)換，保證整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，保證供電可靠性。斷路器具有滅弧功能，根據(jù)滅弧的功能，又可以分為六氟化硫斷路器、真空斷路器、油斷路器等[1]。

為了保證斷路器的可靠運行，斷路器的設計、試驗以及運維后期都需要依照有關規(guī)程完成。斷路器投運前，需要完成動熱穩(wěn)定校驗、電壓等級匹配校驗、關合電流大小校驗等一系列校驗工作，還需要經(jīng)絕緣、介質(zhì)損耗等一系列電氣試驗和機械試驗均無誤，方可將斷路器投入運行。在投入運行以后，由于斷路器需要經(jīng)常分合大電流，因此設備功能的穩(wěn)定性就顯得尤為重要。根據(jù)廣東電網(wǎng)規(guī)范化檢修的要求，為了能夠保證斷路器的正常運行，需要在不同的時間段針對不同的開關進行一定的機械試驗。對于母聯(lián)斷路器此類大電流斷路器需要3年完成一次機械動作特性試驗，以保證斷路器的可靠運行；對于出線類斷路器則需要6年進行一次機械動作特性試驗[2]。試驗周期看似較長，但由于斷路器在電力系統(tǒng)中運用極廣，故而其機械特性試驗工作量極大，對于工作班組來說，一年要做400臺以上斷路器開關動作特性試驗。在如此大的工作量之下，對于機械特性試驗方案進行合理改進，就顯得尤為重要，也有利于提高機械特性試驗的效率和準確性。

傳統(tǒng)的測試方法需要將一次接線連接到斷路器端口的兩側，因此要求斷路器端口至少有一側處于開路狀態(tài)才能進行。部分組合電器開關由于斷路器兩側無引出點，需要母線停電并進行解鎖操作，用相鄰出線間隔進行試驗，其中會涉及停電困難、增加安全風險等問題。而部分斷路器為了滿足測試條件至少一側處于開路狀態(tài)，需要進行高空解線工作，增加了工作量和安全風險[3]。

近年來，為解決無法在雙端接地的情況下完成機械特性動作試驗的問題，不少文章針對該問題提出了一些基礎研究及基本方法，以達到基于雙端接地也可以完成機械動作特性試驗的目的。

基于雙端接地的機械動作特性試驗方案，不僅可以保證兩端的接地隔離開關均能夠保持合位，保證工作的安全性，還能夠減少運行人員拉開一側接地隔離開關所耗費的時間，提高進行機械動作特性試驗的效率。本文針對以上提出的內(nèi)容，對基于雙端接地的開關特性試驗方案進行討論，并結合理論，論證其可行性。

1 兩端接地機械特性組成單元

高壓斷路器機械特性試驗主要是用于測量斷路器的分合閘時間、彈跳次數(shù)、三相不同期以及分合閘的速度，因此需要具備一定的元器件方可完成以上數(shù)據(jù)的檢測[4]。

首先是開關特性儀（圖1），為了實現(xiàn)人性化擬人操作，需要配置一套人為操作系統(tǒng)和控制面板，主要是為了方便機械特性儀使用人對特性試驗的試驗電壓、測量方法進行合理的設置，可以根據(jù)需要進行自我調(diào)節(jié)，提高特性儀的靈活性。再來，開關特性儀還應配置接線端口，接線端口分為一次接線端和二次接線端。二次接線端是為開關的分合閘二次回路提供電能，方便特性儀對斷路器進行分合閘指令的操作。一次接線端則是接于斷路器觸頭附近，方便特性儀器對斷路器的分合閘時間、彈跳次數(shù)、三相不同期以及分合閘速度進行測量。同樣地，特性儀器為了配合這些端子，還應該配備對應端子的接線，用以匹配數(shù)據(jù)的檢測[5]。檢測完數(shù)據(jù)，為了方便測量者進行直觀觀察和數(shù)據(jù)保存，往往會配置一個微型打印機，對機械試驗的數(shù)據(jù)波形進行紙質(zhì)材料的打印，用以儲存數(shù)據(jù)。為了進行合理的檢測，保證數(shù)據(jù)的準確性、連續(xù)性以及可靠性[6]，特性儀器還需要配備一系列電路板、傳感器等裝置。一般的特性儀器以微處理器的單片機控制系統(tǒng)為主，其主要包括單片機系統(tǒng)、單片機外部配合系統(tǒng)、對應使用的傳感器種類（如需進行測速，會在外部匹配有測速的傳感器）、與之匹配的電路系統(tǒng)和電路板、時鐘電路、串行接口電路等不同的電子裝備。

圖1 特性儀基本原理框圖

特性儀通過軟件和硬件的匹配，能夠使操作人更為人性化地測量斷路器的各項數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行準確地記錄。

2 兩端接地機械動作特性試驗技術原理

雙端接地開關的測試一直困擾著檢修人員，為了能夠在做機械動作特性試驗時，在開關一次回路中形成閉合回路，常常需要拉開一側的接地隔離開關，尤其是GIS開關，由于其多方面接地的原因，檢修人員不得不一一將其斷開才能進行測試，這樣會給檢修人員帶來不便，同時檢修人員需要在一側未接地的情況下工作，這樣安全風險性大，不利于安全生產(chǎn)工作的開展[4]。

為了能夠解決此類問題，必須對現(xiàn)有特性儀的檢測原理進行一定的改進或者優(yōu)化，使其能夠在雙端接地的情況下完成開關機械特性試驗工作（圖2）[7]。

圖2 特性儀一次接線圖

2.1 外接恒流源法

由于開關特性儀器的檢測主要依靠對電流進行測量，而拉開一側接地隔離開關就是為了方便形成閉合回路，以便進行機械特性測量。為了實現(xiàn)以上效果，可以在需要拉開隔離開關的一側裝設電容或者恒定電流源等，利用接地隔離開關合閘、分閘狀態(tài)下地阻的變化，測出地阻變化前后對應的電壓u1、u2，并利用以下公式算出電壓差量：

利用公式差量和電壓前后的變化，對斷路器的機械特性進行合理測量。該方法雖然原理簡單，容易施行，但是由于目前市面上的電流源要達到可測范圍的電流，造價較高，經(jīng)濟性較差。

2.2 感應電流測試法

斷路器作為電力系統(tǒng)中的重要設備，在合閘狀態(tài)時，往往由于周邊設備及電力系統(tǒng)中諧波分量影響，會有很多高頻感應電流，在雙端接地情況下，更會在環(huán)路中形成高頻感應電流。已知磁感應強度B會隨著頻率f變大而變大，所以可以通過感應電流的計算公式得到：

式中，I為感應電流；B為磁場強度；L為切割導體長度；V為切割速度；R為電阻。

通過研制對應高頻感應電流的測量裝置，可以對該高頻感應電流進行測量。隨后在斷路器分閘狀態(tài)下，此高頻電流由于環(huán)路的切斷便會消失無法形成，此時高頻感應電流測量裝置也需要能夠檢測出此變化。通過測量裝置測量不同狀態(tài)下的電流分量，送至處理中心，便可測量出斷路器機械特性的有關數(shù)據(jù)。

該方法有很好的隔離效果，工作情況穩(wěn)定，抗干擾能力極強，對于工頻電流更是具備極高的抗干擾能力。但是該方法目前的電力測試裝備研制較少，而且由于集中處理器的要求，對所測的電流精度要求也比較高，實現(xiàn)起來難度較大。其次，在含有電抗器的一次回路中，則無法利用高頻電流這一測量方法進行檢測，所以該方法有一定的局限性，適用范圍不大。

2.3 電感測試電流法

此種方法也是利用測量裝置對高頻電流進行檢測。該方法利用電磁感應原理，加上兩個電感至斷路器側和兩個接地隔離開關之間的地阻之間。兩側的電感值也根據(jù)測量所需，有所不同。為了能夠測量出準確的高頻電流法，地阻側的電感值會遠遠小于斷路器側的電感值。

電感測試方法能夠很有效地避開接地環(huán)流以及其他分量的干擾影響，而且對應測試裝備造價較為低廉，有較強的可行性。

3 基于雙端接地的機械特性試驗方案

采用傳統(tǒng)的機械特性測試儀測試時，需將一次接線連接到斷路器端口的兩側[8]，因此要求斷路器端口至少有一側處于開路狀態(tài)才能進行。部分組合電器開關由于斷路器兩側無引出點，需要母線停電并進行解鎖操作，用相鄰出線間隔進行試驗，其中會涉及停電困難、增加安全風險等問題。而部分斷路器為了滿足測試條件至少一側處于開路狀態(tài)，需要進行高空解線工作，增加了工作量和安全風險。故現(xiàn)有的斷路器機械特性測試儀無法滿足現(xiàn)場需求[9]。

針對以上存在的問題，本文提出了一種基于雙端接地的機械特性試驗綜合解決方案（圖3）。開關特性測試儀主機由中央控制處理單元、外擴展單元、存儲單元、打印單元、按鍵單元和顯示單元、大屏彩色液晶顯示，25～250 V可調(diào)電源、運放、同步檢測單元、AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器、斷口狀態(tài)測量單元、斷口接口、控制電源輸出接口、25～250 V電源輸出控制開關、合分閘輸出切換開關等組成。

圖3 雙端接地的機械特性試驗方案框圖

無線雙端接地傳感器，其能夠準確測量斷路器不同狀態(tài)下的電流分量，并且包含傳輸測量量的發(fā)射裝置。測速傳感器有測量角速度的功能，并能將角速度準確轉(zhuǎn)換成直線速度，然后準確傳送。

利用電磁感應原理，雙端傳感器將斷路器、電纜、地網(wǎng)和兩個接地開關組成一個通流體，利用通流體的形成與否來判斷斷路器的分合位置，反之亦可通過操作斷路器實現(xiàn)分合通流體的過程。開關特性測試儀專用雙端接地時開關分合閘時間測試設備由三部分組成：高頻脈沖信號激勵源、高頻脈沖信號接收器、無線射頻接收及信號處理器。利用高頻脈沖信號激勵源發(fā)出的不低于20 kHz的高頻信號，產(chǎn)生高頻感應電流來判斷分合閘的位置狀態(tài)，并且利用此分量對接收器和處理器進行連接，從而詳細地分析測量輸出數(shù)據(jù)。

本測試儀由于安裝了無線雙端接地傳感器，角速度/直線速度轉(zhuǎn)換附件，通過多路傳感器優(yōu)化了雙端接地開關的機械特性檢測信號，并且采用一套完整的數(shù)據(jù)采集處理和完全自動化控制技術，保證了整個測量過程自動完成，操作方便簡單。另外還設置了打印單元，通過打印單元可將測試結果進行紙質(zhì)打印。

4 結論

本文針對傳統(tǒng)的機械特性試驗存在的問題，提出了一種新型的方案，該方案能夠滿足在雙端接地情況下完成機械特性試驗。通過初步理論和設計分析，得到如下結論：

（1）該方案采用電感方法進行測量，該方法經(jīng)濟性良好，而且抗干擾能力強，準確度高，能夠保證特性儀器測量數(shù)據(jù)的準確性，并保證方案的可行性。

（2）特性儀器的功能單元能夠適應現(xiàn)場儀器接線簡便性的需求。通過傳感器對感應電流進行檢測，將數(shù)據(jù)輸入特性儀器中心單元，能夠完成斷路器機械特性的測量。