朱仁，羅曉冬，郭文筆，朱文彬，殷亮

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司湘西供電分公司，湖南吉首416000)

220 kV斷路器輔助開(kāi)關(guān)動(dòng)作特性研究

朱仁，羅曉冬，郭文筆，朱文彬，殷亮

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司湘西供電分公司，湖南吉首416000)

通過(guò)分析斷路器主觸頭與操作機(jī)構(gòu)輔助開(kāi)關(guān)動(dòng)作的關(guān)聯(lián)性，針對(duì)性地開(kāi)展分、合閘特性測(cè)試工作，對(duì)輔助開(kāi)關(guān)的動(dòng)作特性試驗(yàn)進(jìn)行了有效的研究分析。

輔助開(kāi)關(guān)；斷路器；動(dòng)作特性；延時(shí)時(shí)間；控制

斷路器的分合閘動(dòng)作指令是由其操動(dòng)機(jī)構(gòu)配置的輔助開(kāi)關(guān)發(fā)出〔1〕，且輔助開(kāi)關(guān)作為二次回路中的分、合閘控制開(kāi)關(guān)以及聯(lián)鎖保護(hù)節(jié)點(diǎn)，在斷路器主觸頭分、合閘操作時(shí)應(yīng)發(fā)生相應(yīng)的位置變換，當(dāng)斷路器處于分位時(shí)，合閘回路處于預(yù)合狀態(tài)；當(dāng)斷路器處于合位時(shí)，分閘回路處于預(yù)分狀態(tài)〔2〕。目前，高壓斷路器在交接和例行試驗(yàn)中，沒(méi)有相關(guān)規(guī)程對(duì)其動(dòng)作特性進(jìn)行規(guī)定，無(wú)法掌控?cái)嗦菲鬏o助開(kāi)關(guān)的運(yùn)行健康狀況，給斷路器的健康運(yùn)行帶來(lái)了重大的安全隱患。通過(guò)研究斷路器的主回路及輔助開(kāi)關(guān)在分合閘過(guò)程的動(dòng)作情況，對(duì)斷路器輔助開(kāi)關(guān)的測(cè)試及其動(dòng)作特性進(jìn)行了探討分析。

1 輔助開(kāi)關(guān)動(dòng)作原理

斷路器的輔助開(kāi)關(guān)有瞬動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)和延時(shí)速動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)兩種類(lèi)型，合閘回路中的常閉觸點(diǎn)取自瞬動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)，分閘回路中的常開(kāi)觸點(diǎn)取自延時(shí)速動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)，兩者之間的區(qū)別為延時(shí)速動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)有一個(gè)延時(shí)控制機(jī)構(gòu)——扭簧〔3〕，以延時(shí)速動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)為例介紹其基本機(jī)構(gòu)和動(dòng)作原理。

1.1 輔助開(kāi)關(guān)的基本結(jié)構(gòu)

以某廠(chǎng)家2001年生產(chǎn)的F6－8ⅡK/WB輔助開(kāi)關(guān)為例介紹輔助開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作原理。該輔助開(kāi)關(guān)有4開(kāi)4閉共8對(duì)觸點(diǎn)，由主動(dòng)軸、扭簧、主動(dòng)卡片、從動(dòng)卡片、脫扣器、靜觸點(diǎn)、動(dòng)觸點(diǎn)組成，帶延時(shí)速動(dòng)機(jī)械摩擦壓接接觸式結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 220 kV斷路器輔助開(kāi)關(guān)

主動(dòng)轉(zhuǎn)軸與斷路器操作拉桿裝置聯(lián)動(dòng)；主動(dòng)卡片固定在主動(dòng)轉(zhuǎn)軸上，帶動(dòng)扭簧旋轉(zhuǎn)而儲(chǔ)能，主動(dòng)卡片上的三角形頂針是脫扣的觸發(fā)器；扭簧是儲(chǔ)能元件；從動(dòng)卡片套在輔助開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)軸上，與接點(diǎn)的動(dòng)觸點(diǎn)聯(lián)動(dòng)，同時(shí)也是扭簧的固定件；脫扣器是扭簧釋能的定位件。

1.2 輔助開(kāi)關(guān)的動(dòng)作過(guò)程

斷路器輔助開(kāi)關(guān)動(dòng)作可以分為扭簧儲(chǔ)能和扭簧釋能兩個(gè)階段，斷路器輔助開(kāi)關(guān)的動(dòng)作切換是伴隨扭簧的儲(chǔ)能和釋能的過(guò)程進(jìn)行的，具體動(dòng)作過(guò)程如圖2所示。

圖2 斷路器輔助開(kāi)關(guān)伴隨斷路器的動(dòng)作過(guò)程

扭簧儲(chǔ)能:當(dāng)斷路器分閘動(dòng)作時(shí)，斷路器聯(lián)動(dòng)桿帶動(dòng)主動(dòng)軸及主動(dòng)卡片轉(zhuǎn)動(dòng)；脫扣器鎖住從動(dòng)卡片，使其和扭簧的定位端保持不動(dòng)，扭簧開(kāi)始儲(chǔ)能。扭簧釋能:當(dāng)扭簧儲(chǔ)能達(dá)到觸發(fā)點(diǎn)時(shí)(主動(dòng)卡片轉(zhuǎn)動(dòng)75°±5°)，主動(dòng)卡片上的三角形頂針推動(dòng)脫扣器，使從動(dòng)卡片與扭簧的定位端一同脫扣。扭簧開(kāi)始釋放能量，帶動(dòng)從動(dòng)卡片和輔助開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)軸，完成輔助開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的切換。

斷路器動(dòng)作前:輔助開(kāi)關(guān)的主動(dòng)軸保持不動(dòng)，動(dòng)觸點(diǎn)通過(guò)①和③接通，如圖2(a)所示。

斷路器動(dòng)作中:從動(dòng)卡片保持不動(dòng)，主動(dòng)卡片開(kāi)始動(dòng)作帶動(dòng)扭簧進(jìn)行儲(chǔ)能；動(dòng)觸點(diǎn)保持不動(dòng)，通過(guò)①和③接通，如圖2(b)所示。

斷路器動(dòng)作后:主動(dòng)卡片上的三角形頂針推動(dòng)脫扣器，使從動(dòng)卡片與扭簧的定位端一同脫扣；扭轉(zhuǎn)彈簧開(kāi)始釋放能量，帶動(dòng)從動(dòng)卡片和輔助開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)軸，完成觸點(diǎn)的切換；動(dòng)觸點(diǎn)通過(guò)②和④接通，如圖2(c)所示。

2 輔助開(kāi)關(guān)動(dòng)作特性的試驗(yàn)方法

輔助開(kāi)關(guān)動(dòng)作特性試驗(yàn)是將斷路器主回路、分閘回路和合閘回路的一對(duì)輔助開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為試驗(yàn)對(duì)象，使用動(dòng)作特性一體化測(cè)試儀測(cè)量三者的動(dòng)作時(shí)間并計(jì)算之間的不同期，從而得出瞬動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)與主回路的動(dòng)作時(shí)間差、延時(shí)速動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)與瞬動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)的動(dòng)作時(shí)間差，通過(guò)分析測(cè)試結(jié)果得出輔助開(kāi)關(guān)的健康狀況。

試驗(yàn)開(kāi)展的前提條件為斷路器三相主回路的分合閘同期符合技術(shù)文件的要求，再分相開(kāi)展相應(yīng)的輔助開(kāi)關(guān)特性試驗(yàn)，避免斷路器主回路動(dòng)作特性不合格給測(cè)試結(jié)果帶來(lái)影響。試驗(yàn)操作流程分三步，其接線(xiàn)如圖3所示。

圖3 斷路器輔助開(kāi)關(guān)動(dòng)作特性接線(xiàn)

1)將斷路器的一次主觸頭的上下接線(xiàn)板、合閘回路的一對(duì)瞬動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)和分閘回路的一對(duì)延時(shí)速動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)分別接至測(cè)試儀對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸入位置；

2)將測(cè)試儀的分合閘控制信號(hào)線(xiàn)直接接至斷路器分合閘線(xiàn)圈；

3)測(cè)試儀發(fā)出分合閘指令控制斷路器進(jìn)行分合，分別測(cè)出斷路器主觸頭和輔助開(kāi)關(guān)的動(dòng)作時(shí)間。

3 斷路器輔助開(kāi)關(guān)動(dòng)作特性測(cè)試

以L(fǎng)W10B－252等型號(hào)斷路器為例開(kāi)展系列驗(yàn)證性試驗(yàn)，結(jié)合某220 kV變電站停電檢修機(jī)會(huì)，在主回路動(dòng)作特性測(cè)試合格后，對(duì)輔助開(kāi)關(guān)分相開(kāi)展了分閘、合閘動(dòng)作特性試驗(yàn)，其技術(shù)文件要求斷路器主回路分閘時(shí)間≤32 ms，合閘時(shí)間≤100 ms。

3.1 動(dòng)作特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

在3次分相測(cè)試中，斷路器的三相主回路的合閘動(dòng)作時(shí)間差為2.2 ms，分閘動(dòng)作時(shí)間差為1.4 ms，其瞬動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)的動(dòng)作時(shí)間預(yù)主回路基本保持一致，而延時(shí)速動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)的動(dòng)作時(shí)間則有很大的差異，具體測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 斷路器輔助開(kāi)關(guān)常開(kāi)觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間ms

合閘過(guò)程中，三相延時(shí)速動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)的時(shí)間差達(dá)10.7 ms；分閘過(guò)程中，三相延時(shí)速動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)的時(shí)間差達(dá)7 ms，三相之間的時(shí)間不具備明顯的分布特征，其中A相斷路器及輔助開(kāi)關(guān)的行程特性曲線(xiàn)如圖4所示。

圖4 斷路器A相分合閘輔助開(kāi)關(guān)行程特性曲線(xiàn)

三相斷路器的輔助開(kāi)關(guān)為同一廠(chǎng)家的同一型號(hào)產(chǎn)品，在測(cè)試中數(shù)據(jù)應(yīng)具備一致性。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析，初步判斷三相斷路器的延時(shí)速動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)內(nèi)觸點(diǎn)可能存在氧化、彈簧疲勞等情況，導(dǎo)致延時(shí)時(shí)間出現(xiàn)或長(zhǎng)或短的明顯差異。

3.2 處理后的特性試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該斷路器的三相延時(shí)速動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)進(jìn)行了更換處理，并重新進(jìn)行了動(dòng)作特性試驗(yàn)。斷路器合閘過(guò)程中，其瞬動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)與主回路的動(dòng)作時(shí)間基本一致，均在55 ms左右；延時(shí)速動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)在瞬動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)動(dòng)作后19 ms左右動(dòng)作，三相之間的延時(shí)時(shí)間差僅為0.8 ms。斷路器分閘過(guò)程中，其瞬動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)與主回路的動(dòng)作時(shí)間也基本保持一致，均在29 ms左右；延時(shí)速動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)在瞬動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)動(dòng)作后7.5 ms左右開(kāi)始動(dòng)作，三相之間的延時(shí)時(shí)間差僅為1 ms，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 更換后斷路器輔助開(kāi)關(guān)常開(kāi)觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間ms

分析試驗(yàn)結(jié)果，輔助開(kāi)關(guān)的動(dòng)作特性應(yīng)具備一定數(shù)據(jù)分布特征，如斷路器合閘輔助開(kāi)關(guān)常開(kāi)觸點(diǎn)的延時(shí)時(shí)間在19.0 ms左右；斷路器分閘輔助開(kāi)關(guān)的延時(shí)時(shí)間在8.0 ms左右。

3.3 解體檢查情況

對(duì)更換下的輔助開(kāi)關(guān)進(jìn)行了解體檢查，發(fā)現(xiàn)輔助開(kāi)關(guān)靜觸點(diǎn)存在輕微燒蝕痕跡，動(dòng)觸點(diǎn)聚碳酸脂存在開(kāi)裂現(xiàn)象，如圖5所示?？梢酝茢?，斷路器輔助開(kāi)關(guān)在操作過(guò)程中切換不到位和試驗(yàn)過(guò)程中延時(shí)時(shí)間分布差異大與動(dòng)觸點(diǎn)的聚碳酸脂開(kāi)裂及觸點(diǎn)燒蝕有關(guān)。

圖5 斷路器輔助開(kāi)關(guān)解體檢查情況

3.4 輔助開(kāi)關(guān)動(dòng)作特性試驗(yàn)驗(yàn)證

結(jié)合電網(wǎng)220 kV斷路器停電檢修，對(duì)LW6B－252，LW10B－252等多種型號(hào)斷路器開(kāi)展了相應(yīng)試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)隨著斷路器的型號(hào)、輔助開(kāi)關(guān)的型號(hào)的不同其分合閘動(dòng)作時(shí)間有很大的差異，但三相延時(shí)輔助開(kāi)關(guān)與瞬動(dòng)輔助開(kāi)關(guān)的延時(shí)時(shí)間基本保持一致〔4〕，互差均小于3 ms。

通過(guò)大量數(shù)據(jù)的積累，對(duì)同廠(chǎng)同型號(hào)斷路器輔助開(kāi)關(guān)動(dòng)作特性的縱向、橫向?qū)Ρ群投ㄐ苑治?，?duì)輔助開(kāi)關(guān)存在的安裝角度偏差、內(nèi)部卡澀生銹、扭簧疲勞等異常情況可以得到初步的判斷結(jié)果。

4 結(jié)論

針對(duì)220 kV斷路器輔助開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及動(dòng)作特性，對(duì)其動(dòng)作特性時(shí)間和行程特性曲線(xiàn)進(jìn)行了測(cè)試，并通過(guò)分析試驗(yàn)結(jié)果有效地檢測(cè)到一起輔助開(kāi)關(guān)動(dòng)觸點(diǎn)聚碳酸脂開(kāi)裂的異常情況，避免了一起220 kV斷路器不能有效分合閘故障的發(fā)生。

建議在開(kāi)展交接、例行試驗(yàn)時(shí)，增加對(duì)斷路器輔助開(kāi)關(guān)的動(dòng)作特性的測(cè)試項(xiàng)目〔5〕，將測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向、縱向?qū)Ρ龋?yīng)逐步完善對(duì)220 kV及以上分相操作斷路器輔助開(kāi)關(guān)的動(dòng)作特性和延時(shí)時(shí)間的技術(shù)要求。

〔1〕金立軍，張勇，王珂，等.用于金屬短接時(shí)間控制的輔助開(kāi)關(guān)操動(dòng)特性研究 〔J〕.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，31(15): 121-126.

〔2〕劉堅(jiān)鋼，金立軍.用于高壓斷路器金短時(shí)間控制的輔助開(kāi)關(guān)延時(shí)特性研究 〔J〕.高壓電器，2012，48(3):17-20.

〔3〕金立軍.用于高壓斷路器金短時(shí)間控制的扭簧延時(shí)輔助開(kāi)關(guān):中國(guó)，200710044658.2〔P〕.2007-08-07.

〔4〕國(guó)家電網(wǎng)公司.輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程:Q/GDW 1168—2013〔S〕.北京:中國(guó)電力出版社，2014.

〔5〕電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn):GB50150—2016〔S〕.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2016.

Action Characteristics Research of Auxiliary Switch on 220 kV Circuit Breaker Operation Mechanism

ZHU Ren，LUO Xiaodong，GUO Wenbi，ZHU Wenbin，YIN Liang
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Xiangxi Power Supply Company，Jishou 416000，China)

By analyzing the correlation between the main contact of the circuit breaker and the auxiliary switch action of the operating mechanism，the characteristic test of the opening and closing of the circuit breaker is carried out，and the operation characteristic test of the auxiliary switch is studied and analyzed.

auxiliary switch；circuit breaker；action features；time delay；control

TM564

B

1008-0198(2017)04-0008-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.04.003

2017-01-19

朱仁(1989)，男，湖南衡東人，助理工程師，本科，主要從事高壓試驗(yàn)及狀態(tài)檢修工作。