高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的電氣動(dòng)態(tài)特性

1、文章編號(hào):1001-1609(200104-0055-03高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的電氣動(dòng)態(tài)特性霍鳳鳴1, 蘇紅梅1, 潘 瑾1, 陳志業(yè)2, 嚴(yán) 鳳2, 靳 祁2, 臧立春2(1 河北省電力試驗(yàn)研究所, 河北石家莊050021; 2 華北電力大學(xué), 河北保定071003ELECTRIC DYNAMIC C HARACTERISTIC S OF OPERATING MECHANISM FOR HV C IRCUIT BREAKERHUO Feng -ming 1,SU Hong -mei 1, PAN Jin 1, C HE N Zh-i ye 2, YAN Feng 2, JI N Qi 2, Z

2、 ANG L-i chun 2(1.Hebei Electric Power Testing and Research Insti tute,Shijiazhuang 050021,China;2.North China Electric Power University,Baodi ng 071003,China摘要: 介紹了操動(dòng)機(jī)構(gòu)電氣動(dòng)態(tài)特性的專用測(cè)試裝置,并對(duì)測(cè)試實(shí)例進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞: 高壓斷路器;操動(dòng)機(jī)構(gòu);電氣動(dòng)態(tài)特性;測(cè)試裝置中圖分類號(hào): TM930.114 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: BAbstract: A special equipmen t that tests electric dy

3、namic charac -teristies of operating mechanism of HV circuit breaker is presented i n this paper.Some results from practical tests are analyzed.Key words: HV circuit breaker; operating mechanism;electric dynamic characteristics; test equip ment.1 引言配電磁機(jī)構(gòu)的高壓斷路器,由于二次直流系統(tǒng)操作電源的問題,以往時(shí)常發(fā)生斷路器關(guān)合失敗或關(guān)合爆炸事故。所以

4、,國(guó)標(biāo)及歷次修訂的部頒 高壓開關(guān)檢修工藝 及 高壓開關(guān)反事故技術(shù)措施 中,對(duì)合閘操作電壓值均保留有具體規(guī)定,國(guó)標(biāo)規(guī)定: 當(dāng)合閘機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源的電壓或壓力處于表4規(guī)定的下限時(shí)(表4為85%110%額定電壓,應(yīng)能關(guān)合其額定短路關(guān)合電流。 1,國(guó)標(biāo)規(guī)定的下限電壓值(習(xí)慣稱 剛合電壓 ,由于 剛合電壓 是合閘動(dòng)態(tài)過程中某一點(diǎn)的瞬時(shí)值,沒有專用測(cè)試裝置時(shí)較難確定,所以國(guó)標(biāo)至今未對(duì)測(cè)試方法作出規(guī)定2。高壓、超高壓斷路器大多配液壓、彈簧、氣動(dòng)等操動(dòng)機(jī)構(gòu),這類機(jī)構(gòu)的分合閘脫扣電磁鐵,在長(zhǎng)期運(yùn)行中常發(fā)生彎曲變形、銹澀或臟污粘滯使電磁鐵動(dòng)作不暢而導(dǎo)致斷路器拒動(dòng),此類故障每年約占全國(guó)開關(guān)拒動(dòng)、誤動(dòng)總事故率的26.1%

5、3。而電磁鐵鐵芯的動(dòng)作狀況,可以通過鐵芯運(yùn)動(dòng)與電流特性的 收稿日期:2000-10-30; 修回日期:2001-05-08關(guān)系反映出來,如果能記錄分合閘脫扣電磁鐵的電流波形,便可掌握鐵芯的動(dòng)作狀況,預(yù)先發(fā)現(xiàn)問題,對(duì)這類故障起到預(yù)防作用。2 測(cè)試裝置本文所研制的測(cè)試裝置可記錄、打印分、合閘操作電壓、電流動(dòng)態(tài)波形;記錄打印剛合、最低操作電壓及空載操作電壓值;輸出打印各動(dòng)態(tài)波形及數(shù)據(jù);另外,還可記錄合閘輔助接點(diǎn)斷開與觸頭剛接觸時(shí)的時(shí)間差值。可為合閘輔助接點(diǎn)斷開時(shí)刻的調(diào)整提供依據(jù)。3 裝置的采點(diǎn)密度高壓開關(guān)操動(dòng)機(jī)構(gòu)分、合閘時(shí)間較短,如合閘時(shí)間一般小于200ms,分閘時(shí)間一般小于60ms,快速開關(guān)甚至要

6、小于20ms 。直流脫扣器的電流特性如圖1所示4,當(dāng)鐵芯因卡澀等動(dòng)作不正常時(shí),圖1波形可能出現(xiàn)尖波甚至多個(gè)尖波,所以采點(diǎn)密度要考慮不丟失尖波。在這較短的分、合閘時(shí)間內(nèi),按快速斷路器的分閘時(shí)間20ms 計(jì)算,假設(shè)20ms 內(nèi)采點(diǎn)400個(gè)時(shí),則每毫秒應(yīng)采點(diǎn)20,每點(diǎn)采樣時(shí)間50 s 。按2m s 記錄一個(gè)尖波計(jì)算,每個(gè)尖波采點(diǎn)40,每55 2001年8月 高 壓 電 器 第37卷 第4期點(diǎn)采樣時(shí)間為50 s,20m s可記錄10次尖波,這樣完全可以真實(shí)地再現(xiàn)電磁鐵的動(dòng)作波形,實(shí)際上,電磁鐵的動(dòng)作波形一旦偏離圖1波形時(shí),就應(yīng)判斷為電磁鐵動(dòng)作不正常,記錄更多的尖波已經(jīng)意義不大,所以將裝置的采點(diǎn)密度定為

7、20ms內(nèi)采點(diǎn)不少于400。由于高壓開關(guān)的種類較多,分、合閘時(shí)間的長(zhǎng)短差別較大,對(duì)于動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)的,打印波形過長(zhǎng),對(duì)于動(dòng)作時(shí)間較短的,又會(huì)因打印波形太短清晰度較差,為使各種高壓開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間曲線波形按要求的清晰度完整地打印出來,本裝置針對(duì)不同開關(guān)的分、合閘時(shí)間設(shè)置了不同區(qū)段的打印控制。分閘時(shí)間的波形打印控制分為30、80ms和120ms三檔;合閘時(shí)間的波形打印控制分為50、100、200ms和400ms四檔。以上時(shí)間區(qū)段的劃分分別對(duì)應(yīng)快速開關(guān)、一般開關(guān)和仍在運(yùn)行的老、舊開關(guān),由于合閘時(shí)間一般大于分閘時(shí)間,所以合閘時(shí)間多設(shè)了400ms一檔,如SN4-10少油開關(guān)的合閘時(shí)間基本在400ms范圍內(nèi)。

8、這樣,基本上覆蓋了所有開關(guān)的分、合閘動(dòng)作時(shí)間?？刂品绞讲捎脫艽a控制方式,即多路開關(guān)。4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析4.1 分閘動(dòng)態(tài)波形分析圖2為實(shí)測(cè)的C D10 型電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)分閘線圈操作電壓、電流的動(dòng)態(tài)特性波形。由圖2可讀出分閘線圈的通電時(shí)間,根據(jù)分閘線圈的通電時(shí)間,一旦斷路器分閘出現(xiàn)異常時(shí),可幫助專業(yè)人員進(jìn)行輔助分析,如區(qū)分電氣回路問題還是電磁鐵鐵芯動(dòng)作時(shí)的機(jī)械問題。從圖2看出,分閘線圈的通電時(shí)間約為60ms,屬正常范圍5。在分閘線圈斷開時(shí)刻,線圈兩端都會(huì)出現(xiàn)一個(gè)反向過電壓,但這個(gè)反向過電壓的幅值已超出裝置坐標(biāo)的最大刻度,估計(jì)約為-350V。圖2是小電流電磁鐵較為典型的電流波形。當(dāng)鐵芯的速度最大時(shí),電流

9、降到最低。從電流波形看曲線平滑,沒有出現(xiàn)鋸齒波現(xiàn)象,表明鐵芯動(dòng)作正常。根據(jù)以上分析可知,圖2波形是正常波形。4.2 合閘動(dòng)態(tài)波形分析圖3為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的C D10 型電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)合閘線圈操作電壓、 電流的動(dòng)態(tài)特性波形。為便于分析操動(dòng)機(jī)構(gòu)的特性電壓值,圖3同時(shí)輸出空載合閘操作電壓U hm ax=210.0V(t=0.25ms、最低合閘操作電壓U h min=-350.3V(t=103.0ms、接觸器切斷時(shí)電壓U cut=197.2V(t=95.9ms和 剛合電壓 U c pc t=0.0V(t=97.7ms。從圖中看,雖然反向過電壓已超出最大刻度,但輸出打印值仍可精確反映過電壓的程度。由于合閘電磁鐵

10、帶動(dòng)的機(jī)械負(fù)荷較大,所以從波形上看,電流上升比較緩慢。圖3是合閘線圈較為典型的波形,合閘線圈通電時(shí)間不足100ms,合閘操作電流最大值約為90A,查部頒檢修工藝5,合閘線圈直流電壓220V時(shí)應(yīng)為120A,合閘時(shí)間 200ms。由于觸頭接觸時(shí),合閘接觸器己切斷操作電源,所以 剛合電壓 為零,但圖3合閘接觸器切斷時(shí)電壓U c ut=197.2V(t=95.9ms,滿足85%(80%656August2001 High Voltage Apparatus Vol.37 No.4額定操作電壓的要求,表明操作電源正常;從電流波形看,在波峰過后合閘輔助開關(guān)很快切斷合閘操作回路,表明合閘輔助接點(diǎn)調(diào)整正常,所

11、以,可以判斷圖3波形正常,斷路器合閘動(dòng)作正常。圖3合閘動(dòng)態(tài)波形的意義在于,當(dāng)剛合速度出現(xiàn)問題時(shí),根據(jù)圖3可將斷路器本身的問題與操作電源問題區(qū)分開。眾所周知,造成高壓斷路器的剛合速度不合格的原因有斷路器本身的因素,同時(shí)也有操作電源的因素,如操作電源容量不足、蓄電池老化或?qū)Ь€截面小等。當(dāng)配電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的斷路器剛合速度不合格時(shí),若圖3接觸器切斷時(shí)電壓U cut 低于80%(85%的額定操作電壓時(shí),應(yīng)首先檢查和排除操作電源問題;若圖3U c ut 在80%(85%的額定操作電壓以上時(shí),應(yīng)重點(diǎn)檢查斷路器本身存在的問題。這樣,對(duì)準(zhǔn)確判斷問題所在提供了有力的依據(jù),這不僅可提高檢修調(diào)試效率,更可避免對(duì)斷路器的

12、誤調(diào)整而帶來的其它隱患。本裝置在斷路器斷口間加一對(duì)測(cè)試線,當(dāng)動(dòng)、靜觸頭接觸時(shí)計(jì)算機(jī)中斷,此時(shí)記錄的電壓值即為 剛合電壓 ,實(shí)際上從合閘線圈通電到合閘接觸器斷開操作回路,如果任何一點(diǎn)的電壓值不低于80%(85%,也能表明 剛合電壓 不低于80%(85%。4.3 故障波形分析圖4是在實(shí)驗(yàn)室測(cè)到的CD10 型電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)合閘線圈電特性波形圖,由于實(shí)驗(yàn)室交流電源容量小,加上電源線截面較小,實(shí)驗(yàn)斷路器勉強(qiáng)能合閘,所以這種波形類似于故障波形。直流操作電源交流整流濾波后獲得, 直流操作電壓調(diào)整通過調(diào)壓器調(diào)整交流側(cè)電壓。斷路器型號(hào)為SN10-10 型?？梢钥闯?由于斷路器合不上閘,只得將交流側(cè)電壓調(diào)到最大,所

13、以電源空載合閘操作電壓U hma x 為248.0V,但此時(shí) 剛合電壓 U cpct 也僅為120.5V,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于80%額定合閘操作電壓。合閘電流約94A,合閘線圈帶電時(shí)間將近200ms 。查部頒檢修工藝,該型斷路器合閘時(shí)間 200ms,80%額定操作電壓下的剛合速度 3.0m/s 。合閘線圈電流200V 時(shí)為98A 。對(duì)該斷路器進(jìn)行測(cè)速和測(cè)量動(dòng)作時(shí)間的結(jié)果為合閘動(dòng)作時(shí)間215.3ms,剛合速度2.7m/s,均不合格。應(yīng)用本裝置,可立即判明該斷路器剛合速度和動(dòng)作時(shí)間不合格的原因是操作電源所致,應(yīng)首先處理操作電源問題,無需對(duì)斷路器進(jìn)行調(diào)整,這就大大提高了檢修調(diào)試的效率,也防止了對(duì)斷路器的誤調(diào)整。

14、5 結(jié)論(1記錄分、合閘脫扣電磁鐵的電特性動(dòng)態(tài)波形,可分析判斷鐵芯的運(yùn)動(dòng)狀況,減少因鐵芯卡澀、變形等造成的拒分拒合故障。當(dāng)配電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的斷路器的速度特性出現(xiàn)問題時(shí),測(cè)量和記錄合閘線圈的電壓特性,可判明問題所在和保證電磁機(jī)構(gòu)的合閘功。(2在切斷分、合閘線圈時(shí),瞬間將在線圈兩端產(chǎn)生一個(gè)陡度很大的反向過電壓,當(dāng)這個(gè)反向過電壓幅值過高時(shí),將對(duì)線圈的絕緣產(chǎn)生較大的危害,而本裝置的應(yīng)用可直觀地反映出過電壓的程度,從而對(duì)分析分、合閘線圈絕緣擊穿或燒毀原因,及制定防止對(duì)策提供了有力的分析依據(jù)。參考文獻(xiàn):1 GB11022-89.高壓開關(guān)設(shè)備通用技術(shù)條件S.2 王晉根.斷路器分、合閘操作電(氣壓限值范圍的規(guī)定依據(jù)及分析J.高壓開關(guān)行業(yè)通迅,1993,No.9: