傅偉群

摘 要：文章對(duì)HD4型SF6斷路器研制發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了描述，HD4型SF6斷路器在電網(wǎng)中是較重要的組成部分，HD4型SF6斷路器的可靠性對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的影響。文章以HD4型SF6斷路器作為分析目標(biāo)，討論了高壓SF6斷路器可靠性研究的各種性能，詳細(xì)介紹其機(jī)械防跳工作原理、合分閘回路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及回路監(jiān)視的實(shí)現(xiàn)可能性。

關(guān)鍵詞：HD4型SF6斷路器；可靠性；性能；機(jī)械防跳；合分閘回路結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TM561 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）23-0127-02

1 ABB公司簡(jiǎn)介

ABB自1992年以成立其合資企業(yè)-廈門ABB開關(guān)有限公司形式全面進(jìn)入中國(guó)的中壓開關(guān)領(lǐng)域以來，一直著眼于中壓小型手車式真空斷路器的推廣工作，并已占據(jù)中國(guó)中壓產(chǎn)品元件高端市場(chǎng)的大部分份額。

隨著在中國(guó)中壓產(chǎn)品市場(chǎng)的深入，ABB亦已引進(jìn)推廣其最成熟的SF6斷路器來滿足用戶的不同需求。

ABB首先是從ABB意大利SACE公司引進(jìn)HA系列12 kV SF6斷路器，提供給中國(guó)部分特殊行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域（如特種鋼鐵電鍋爐和焦化企業(yè)等），又在配合其對(duì)40.5 kV ZS3.2型鎧裝式開關(guān)柜在上海電力系統(tǒng)的推廣在SACE研制出HD4型40.5 kV SF6斷路器，最終ABB從SACE提供了針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)滿足GB標(biāo)準(zhǔn)的HD4型3～40.5 kV各電壓等級(jí)全系列SF6斷路器。

同ABB德國(guó)Calor Emag公司研制的VD4型真空斷路器一樣，ABB意大利SACE公司研制的HD4型SF6斷路器在不同電壓等級(jí)、額定電流和開斷電流均具有統(tǒng)一的ESH型操作機(jī)構(gòu)和內(nèi)部二次元件，并與VD4型真空斷路器具備一致的外形尺寸以實(shí)現(xiàn)其互換性。本文就HD4型SF6斷路器的若干新特點(diǎn)加以詳細(xì)介紹。

2 機(jī)械防跳工作原理

通常在設(shè)計(jì)各種斷路器的時(shí)候，都會(huì)在斷路器本身添加合閘防跳回路，合閘防跳回路能夠有效對(duì)斷路器在合閘電壓長(zhǎng)時(shí)間保持以及來自繼電保護(hù)的跳閘信號(hào)同時(shí)存在等情況做到有效預(yù)防。如在線路有故障時(shí)，電路非正常狀態(tài)下進(jìn)行合閘，此種情況可能會(huì)造成斷路器反復(fù)合分閘，對(duì)斷路器有一定的損壞。通常對(duì)合閘防跳回路設(shè)計(jì)師一般會(huì)采用防跳繼電器，以HD4型SF6斷路器為例，如圖1所示，防跳繼電器K0的常開接點(diǎn)串聯(lián)在合閘電氣回路中，當(dāng)HD4型SF6斷路器在合閘的時(shí)候，防跳繼電器K0會(huì)產(chǎn)生吸合并通過自保持作用使回路保持吸合狀態(tài)，串聯(lián)在合閘電氣回路中的K0常閉接點(diǎn)將合閘回路斷開。合閘電壓消失后，防跳繼電器K0恢復(fù)原狀態(tài)。

HD4型SF6斷路器的合閘防跳回路的設(shè)計(jì)有其獨(dú)特性，HD4型SF6斷路器沒有單獨(dú)的防跳繼電器，斷路器的防跳功能是通過合閘脫扣器YC線圈來實(shí)現(xiàn)。在合閘線圈受電的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致其鐵芯勵(lì)磁吸合，并能夠驅(qū)動(dòng)連桿，使連桿推動(dòng)合閘脫扣板，合閘彈簧隨著合閘脫扣板的推動(dòng)釋放能量，完成合閘操作。此時(shí)，該連桿即與合閘脫扣板處于解扣狀態(tài)。僅當(dāng)外部合閘指令消失之后，該連桿和合閘脫扣板才能夠復(fù)位。若合閘脈沖指令因?yàn)楣收咸幱谧员３譅顟B(tài)時(shí)，合閘線圈鐵芯勵(lì)磁而長(zhǎng)時(shí)保持吸合，合閘連桿與合閘脫扣板將始終處于解扣狀態(tài)，故即使隨后斷路器分閘且合閘彈簧已儲(chǔ)能，也無法使合閘彈簧釋放能量，就無法完成第二次合閘。

實(shí)踐證明，該斷路器本體上的機(jī)械防跳功能優(yōu)于電氣防跳功能，是極其有效和可靠的。傳統(tǒng)的電流起動(dòng)并電壓自保的TBJ電氣防跳繼電器不再需要。這樣，合閘回路不再存在常閉型接點(diǎn)，斷路器合閘的可靠性大為提高。

3 合閘回路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

合閘閉鎖條件為作用于合閘閉鎖電磁鐵，而該電磁鐵對(duì)合閘線圈的作用亦是通過機(jī)械連桿實(shí)現(xiàn)的。在合閘線圈回路不再串聯(lián)任何輔助接點(diǎn)，而設(shè)有電子防護(hù)回路，通過電子防護(hù)回路表現(xiàn)為合閘前后線圈阻抗的切換變化。

HD4型SF6斷路器是一種手車式斷路器，HD4型SF6斷路器在合閘有會(huì)有一定的條件。如想要將斷路器手車從試驗(yàn)位置轉(zhuǎn)向到斷路器手車位置之后，則需要對(duì)動(dòng)、靜觸頭有一定的要求，必須要求其在完全可靠接觸的情況下才允許合閘，如果不能保證動(dòng)、靜觸頭能夠完全可靠接觸必須加以閉鎖，以防對(duì)觸頭燒毀產(chǎn)生破壞。另外，必須保障彈簧已儲(chǔ)能時(shí)才可以合閘，不然也必須加以閉鎖。HD4型SF6斷路器是一種常見的手車式斷路器，以HD4型SF6斷路器為例，如圖1所示，HD4型SF6斷路器利用手車試驗(yàn)的位置、運(yùn)行的位置2和付限位開關(guān)S9、S8共同來實(shí)現(xiàn)對(duì)合閘閉鎖電磁鐵Y1的控制，閉鎖電磁鐵Y1對(duì)輔助接點(diǎn)S2實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，輔助接點(diǎn)S2串聯(lián)在合閘回路當(dāng)中。如果HD4型SF6斷路器手車從試驗(yàn)位置推向運(yùn)行位置不到位，輔助接點(diǎn)S2將不能閉合而導(dǎo)致合閘回路不通，從而使斷路器無法合閘。

在接到合閘指令的0～200 ms時(shí)間間隔內(nèi)，其線圈功率輸出為250 W。充分滿足合閘操作機(jī)構(gòu)需求之沖擊功率，其后，該電子保護(hù)回路自動(dòng)改變其輸出功率，使?jié)M足合閘鐵芯保持在吸合狀態(tài)所需之功率，約為5 W左右，即將合閘線圈回路的電流限制在20 mA（220 V）或40 mA（110 V）左右。合閘回路的電流波形圖，如圖2所示。因此，即使合閘出口接點(diǎn)長(zhǎng)期吸合或由其出口接點(diǎn)切斷，其電流總被抑制在20 mA（220 V）或40 mA（110 V）左右。如此低的功耗，既不會(huì)燒合閘出口繼電器的接點(diǎn)、也不會(huì)燒斷路器的合閘線圈。這是HD4型斷路器先進(jìn)而獨(dú)到之處。為了防止燒毀合閘出口中間繼電器的接點(diǎn)，要求該接點(diǎn)具有最短閉合時(shí)間不少于250 ms。斷路器主觸頭的標(biāo)準(zhǔn)合閘時(shí)間為43～55 ms。

第一峰： 1.31 A 11.5 ms

第二峰： 1.69 A 43 ms

保持電流： 38 mA 194.3 ms

4 分閘回路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

分閘線圈回路中串有斷路器常開型輔助接點(diǎn)，其線圈的消耗功率約為125 W。當(dāng)未串入斷路器常開輔助接點(diǎn)時(shí)，其跳閘回路的電流波形圖，如圖3所示。從圖中可見跳閘線圈的功率是不變的。斷路器分閘后由其輔助接點(diǎn)自動(dòng)切斷跳閘電流。其切斷時(shí)間較主觸頭慢約2～3 ms（斷路器主觸頭的標(biāo)準(zhǔn)分閘時(shí)間為36～40 ms）。防止跳閘出口接點(diǎn)先于此時(shí)間切斷、拉弧而被燒毀，要求跳間出口接點(diǎn)的最短閉合時(shí)間大于100 ms或者其斷弧能力大于跳閘功率。

第一峰： 0.62 A 11.7 ms

第二峰： 0.78 A 47.7 ms

注：測(cè)量時(shí)跳閘線圈未串入斷路器的常開接點(diǎn)

ABB的REF54_系列繼電器既滿足最短閉合時(shí)間的相關(guān)要求、又滿足斷弧功率。跳閘回路無需采用跳閘電流自保持 （TBJ）結(jié)線，這樣跳閘回路簡(jiǎn)單而可靠。跳閘線圈能獲得最大的全功率、以及跳閘電流快速上升，提高了斷路器跳閘的可靠性。

5 對(duì)分、合閘回路完整性監(jiān)視裝置的要求

我國(guó)國(guó)內(nèi)在生產(chǎn)高壓試驗(yàn)的儀器與試驗(yàn)設(shè)備方面已經(jīng)有了很大的改進(jìn)，現(xiàn)在高壓試驗(yàn)的儀器與試驗(yàn)設(shè)備逐漸向微機(jī)化和數(shù)字化發(fā)展，工作效率上得到了很大的提高。

①分閘線圈Y01的阻抗為460 ohm（220 V）或130 ohm（110 V），建議回路監(jiān)視限制在20 mA以下。

②合閘線圈YC在合閘0～200 ms的時(shí)間間隔內(nèi)其瞬間功率為250 W，阻抗為200 ohm（220 V）或57 ohm（110 V）；在>200 ms長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行的功率為5 W，阻抗為14 400 ohm（220 V）或2 900 ohm（110 V），為避免合閘線圈長(zhǎng)期勵(lì)磁（合閘脫扣板不能復(fù)位）而導(dǎo)致不能正常合閘。回路的監(jiān)視電流必須限制在10 mA（220 V）或20 mA（110 V）以下。

③綜合①、②所述的要求，再經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)試，國(guó)產(chǎn)常規(guī)采用的HWJ和TWJ回路監(jiān)視繼電器、信號(hào)燈或電壓型中間繼電器已無法實(shí)現(xiàn)與HD4合分閘回路有效匹配。

采用ABB的SPER1系列單獨(dú)的回路監(jiān)視繼電器或ABB REX、REF等系列綜合測(cè)控保護(hù)裝置，這些監(jiān)視繼電器都基于恒流源動(dòng)作原理，能適用于HD4型SF6斷路器的分、合閘回路監(jiān)視。恒流源產(chǎn)生于其監(jiān)視回路的出口兩端，監(jiān)視電流極小約為1.5～2 mA（DC 110 V或220 V） 。

④斷路器輔助接點(diǎn)與主開關(guān)的動(dòng)作時(shí)序，如圖4所示，HD4設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上的先進(jìn)性使得其輔助接點(diǎn)反應(yīng)時(shí)效優(yōu)于VD4真空斷路器（約20 mA）。

主開關(guān)分閘時(shí)，常開接點(diǎn)滯后主開關(guān)2 ms；主開關(guān)合閘時(shí)，常開接點(diǎn)滯后主開關(guān)2 ms，常閉接點(diǎn)滯后4 ms。

6 其他性能

HD4型SF6斷路器以SF6氣體作為滅弧和絕緣介質(zhì)，當(dāng)在110 kV及以上高壓環(huán)境中時(shí)，HD4型SF6斷路器使用的是自能式熱膨脹結(jié)合壓力助吹滅弧的先進(jìn)技術(shù)，使用這項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)能保證斷路器開斷時(shí)電流逐漸熄滅（在電流第一次過零時(shí)熄滅），能夠保證工作電路中不會(huì)出現(xiàn)截流和重燃現(xiàn)象，在對(duì)設(shè)備的操作過程中不會(huì)出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象。HD4型SF6斷路器設(shè)置有SF6低壓報(bào)警設(shè)備和低壓閉鎖輸出接點(diǎn)（但不配SF6密度表），HD4型SF6斷路器的滅弧室部分是永久免費(fèi)維護(hù)的密封系統(tǒng)。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了多種斷路器，一般斷路器使用時(shí)需要利用提供彈簧儲(chǔ)能狀態(tài)等輸出接點(diǎn)，HD4型SF6斷路器從意大利ABB公司原裝進(jìn)口的產(chǎn)品，HD4型SF6斷路器不能夠達(dá)到彈簧儲(chǔ)能狀態(tài)輸出接點(diǎn)。所以在HD4型SF6斷路器運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)之后，會(huì)通過一定的方式來解決這個(gè)缺陷：

將彈簧儲(chǔ)能電動(dòng)機(jī)限位開關(guān)S33M的一對(duì)空閑接點(diǎn)3、4利用起來，用導(dǎo)線引至斷路器航空插座43#、44#空閑插針位置，通過航空插座線將S33M的接點(diǎn)3、4引出斷路器接上開關(guān)柜端子排，作為彈簧儲(chǔ)能狀態(tài)輸出接點(diǎn)使用。

7 結(jié) 語(yǔ)

通過以上對(duì)HD4型SF6斷路器的實(shí)例以分析和由將HD4型SF6斷路器與其他類型的斷路器的對(duì)比可看出，在合閘閉鎖回路、合閘防跳回路等功能的實(shí)現(xiàn)上HD4型SF6斷路器有著明顯技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)越的產(chǎn)品性能。HD4型SF6斷路器裝配有齊全的機(jī)械和完整的電氣閉鎖裝置，使其能夠配合著開關(guān)柜內(nèi)其他聯(lián)鎖裝置一起使用。這種運(yùn)行方式既能夠避免斷路器在非正常狀態(tài)下運(yùn)行，也能夠?qū)Σ僮魅藛T誤操作帶來的損壞有一定的預(yù)防作用，能夠確保操作人員的人身和試驗(yàn)設(shè)備的安全。

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