断路器测速辅助装置的研究及应用

断路器测速辅助装置的研究及应用

涂岳辉

广东电网有限责任公司公司梅州供电局， 514000

摘要：断路器触头的运动速度是断路器性能的重要指标，因此断路器分合闸速度的测试是日常断路器日常维护的重要项目，结合目前某断路器机构测速设备的传感器安装辅助装置实际应用情况，提出一种便捷高效的测试辅助装置。

关键词：断路器；测速；辅助装置

导言：断路器分、合闸时，触头运动速度是断路器的重要特性参数，断路器分、合闸速度不足将会引起触头合闸震颤，预击穿时间过长；分闸时速度不足，将使电弧燃烧时间过长，致使断路器内存压力增大，轻者烧坏触头，使断路器不能继续工作，重者将会引起断路器爆炸；如果已知断路器合、分闸时间及触头的行程，就可以算出触头运动的平均速度，但这个速度有很大波动，因为影响断路器工作性能最重要的是刚分、刚合速度及最大速度。因此必须对断路器触头运动速度进行实际测量。

1分合时的测速方法

1000kv GIS断路器的机械结构原理是利用储能机构瞬间释放能量驱动传动轴，驱动触头完成断路器的分合。触头行程和速度是反映断路器性能的重要技术参数。如果接触速度低于设计值，断路器的整体灭弧性能将大大降低；如果接触速度过快，将影响整个断路器的机械寿命。在断路器分合闸操作过程中，在灭弧室内触头变化和加速时，触头的瞬时转速很难精确测量。

在电力工程中，断路器的分、合闸速度通常采用一段位移或一段时间内的平均接触速度。因此，不同类型的断路器对其速度有不同的定义。1000kv GIS断路器的分闸速度定义为10%。分闸是指触头从刚分闸到分闸的平均速度，达到总行程的10%；合闸是指合闸前总行程最后10%的平均速度。

常用的测量方法是利用位置传感器和断口信号线同时测量触头位移和断路器动作时间，然后绘制断口位移随时间的曲线，再根据相应的速度定义计算触头速度。由于触头安装在封闭的电弧室中，传感器不能直接安装在触头上测量其行程，只能安装在传统系统的传动轴或转动部件上间接测量触头行程。

假设触头移动的位移为L (t) , 外露的传动轴对应的位移为l (t) 、旋转件转动角度为w (t) 。由于断路器传动系统采用刚性的机械连接, 则必然存在一定的传动关系, 使得L (t) =F (l (t) ) , L (t) =G (w (t) ) , 式中F (x) , G (x) 可认为是整个系统机械传动的传递函数。

假设断路器的动作时间为T、触头行程为L, 则L (0) =0, l (0) =0, L (T) =L、l (T) 为传感器所测得最大位移。同理w (0) =0, w (T) 为传感器测得的最大偏转角度。由于断路器的传动结构非常复杂，在传动过程中，机械内部的转动和平移是结合在一起的，因此传递函数不能是线性函数。这样，用不同的笔划测量方法得到的结果就会大不相同。

为了提高出厂试验和现场交接试验的重复性，应尽量采用相同的行程测量方式。我们了解到，厂家使用大型线性传感器测量传动轴的位移来检测接触行程，因此现场试验也应测量传动轴处的行程。问题是野外GIS组装后，不能使用线性传感器进行测量。因此，有必要开发一种新的传感器来测量接触行程。

2现状

随着变电检修规范化的深入开展，根据Q/CSG1206007-2017版电力设备检修试验规程要求，每6年一个周期需进行断路器的速度特性测试。某厂新型机构在进行该类型结构速度特性测试时需拆卸断路器本体SF6密度继电器方能安装对应测速设备的传感器，同时需手动关闭SF6压力闭锁继电器，方能进行测速操作。在实际工作中存在不便、误拆装SF6密度继电器接口、误碰机构内继电器、SF6泄露等风险。为此，在分析该类型断路器相关结构特点后，制作相关测速辅助工具，可以不用拆下断路器本体SF6压力表及调整二次回路相关继电器不，从而解决进行该类型设备速度特性测试时发生上述风险。

3现有测速装置的安装方式及风险点

3.1 断路器测速重要性

断路器速度测量的重要性主要包括三个方面：（1）通过测量断路器触头运动速度，可以避免触头闭合颤振现象。在断路器分、合闸过程中，触头运动速度这一重要的特征参数包含在断路器中。速度不够可能会导致触头闭合颤振现象，导致预击穿时间过长，通过测速，可以准确地检查转速，然后开始改进工作；（2）在分闸过程中，如果速度不够，燃弧时间会过长，断路器内压升高，触头可能烧坏，影响断路器的正常工作，甚至引起断路器爆炸，经转速试验不合格的断路器可及时更换；（3）断路器的分闸时间和合闸时间通过对断路器的速度测量，可以得到断路器的接触行程，并可以计算出触点的平均速度。这种速度本身具有一定的波动性，断路器的刚性合闸速度、刚性分闸速度和最高转速都会对断路器的性能产生严重的影响。正因为如此，在断路器的预防性试验和交接试验中，断路器转速测量是研究断路器特性的重要手段。另外，只有保证断路器的分、合闸速度满足相关要求，才能充分发挥分断电流容量，有效减少分合闸过程中的触头熔焊和触头电磨损现象。

3.2安装过程需拆除开关本体密度继电器（图2.1-2.2），同时调整继电器K3（图2.3），最后进行传感器安装及固定。

图2.1 图2.2 图2.3

3.3风险分析

此类操作存在不便、误拆装SF6密度继电器接口、误碰机构内继电器、SF6泄露等风险。同时，按照设备厂家技术要求，每次拆卸密度继电器后，必须更换相应密封胶圈，造成人力物力损耗；完成测试后，容易遗忘恢复继电器K3的原始状态，造成断路器二次回路功能异常，严重影响设备运行风险。

4解决方式

4.1改进后安装位置如下（图3.1），采用在断路器操作机构另一侧安装传感器，同时采用（图3.2）的固定方式固定传感器，则不必拆除断路器本体密度继电器及调整继电器K3。

图3.1 图3.2

4.2方案对比

采用此种安装位置及相应传感器固定辅助装置，避免了拆除断路器本体密度继电器及调整继电器K3，从而规避相关风险。安装方式更加便捷、安全、高效。

结束语

断路器触头的运动速度是断路器性能的重要指标，采用原有测速传感器安装方式将带来相应的工作风险，且不便于作业班组安装，效率不高。在通过对比原有安装方式的基础上，通过简单调整，制作相关测速辅助工具，为测速工作不用拆下断路器本体SF6压力表及调整二次回路相关继电器，从而解决采用原有测速传感器安装方式所带来的风险点。

参考文献

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[2]漏电断路器的作用[J].中国电业 (技术版) , 2016, 06:15.

[3]张金波, 鲁帅, 熊正勇.一种新型断路器机械特性在线监测装置的研究与设计[J].自动化与仪器仪表, 2016, 08:68~70.