試談斷路器機械特性試驗

1、斷路器機械特性試驗 （ 講義 ）武漢市大洋新技術有限公司斷路器機械特性試驗斷路器的分合閘時間，分合閘不同期程度，分合閘速度以及線圈的動作電壓 等，直接影響斷路器的切合性能，并且對繼電保護，自動重合閘裝置以及系統(tǒng)的 穩(wěn)定帶來極大的影響。對于油斷路器，剛分速度的降低將使觸頭的燃弧時間延長，特別是在切斷短 路故障時，可能使觸頭燒損，噴油，甚至發(fā)生爆炸。而剛合速度的降低，若合閘 于短路故障時，由于阻礙觸頭關合電動力的作用，將引起觸頭振動或使其處于停 滯狀態(tài)，同樣容易引起爆炸，特別是在自動重合閘不成功的情況下更是如此。反 之，速度過高，將使運動機械受到過度的機械應力，造成個別部件的損壞或縮短 使用壽命，

2、這是不允許的。斷路器分合閘嚴重不同期，將造成線路或變壓器的非全相接入或切斷，從而 可能出現(xiàn)危害絕緣的過電壓。據(jù)國內(nèi)運行經(jīng)驗，在斷路器事故中，屬于機械原因造成的占第一位，故現(xiàn)場 對此應予以足夠的重視。斷路器的動作特性試驗，應符合制造廠規(guī)定，否則須進行檢修處理。1、分合閘時間和同期性的測量中華人民共和國電力行業(yè)標準 DL/T 846.32004對開關的分合閘時間有 詳細的定義：“合（閘）時間”：指接到合閘指令瞬間起到所有極觸頭都接觸瞬間的時間間 隔；“分（閘）時間”從開關分閘操作起始瞬間（即接到分閘指令瞬間）起到所 有極的觸頭分離瞬間的時間間隔。早期的測量方法，多采用數(shù)字式電子毫秒表測量，現(xiàn)在此法

3、已不被采用了。最為傳統(tǒng)的方式是16線光線示波器，如圖1中所測的結果，直接在光學感光紙上圖1得到各斷口的時間跳變波形圖，在感光紙的時間坐標分格上進行分析，得到試驗 結果。此種方式是最傳統(tǒng)、可靠的試驗方式，但使用較為煩瑣；操作此設備需 要較有經(jīng)驗的人員；設備較重；夜晚加班操作極為不便，因為感光紙必須在 較強光線下才能顯現(xiàn)波形；受環(huán)保政策的影響，感光紙較難購買。因此近十年 來，將計算機技術應用于斷路器機械特性試驗的電子儀器漸漸地多起來，為我們 的現(xiàn)場試驗提供了方便的條件。計算機技術應用于斷路器機械特性的基本原理是：計算機同時對多個斷口信 號進行采樣，不停地掃描計時，一旦檢測到斷口信號狀態(tài)發(fā)生改變，即

4、計時終止。 用計算機計時，原理簡單，測量準確度高，但是需對儀器有較高的抗干擾設計要 求，因為儀器使用現(xiàn)場一般都在電磁場干擾較強的變電站內(nèi)?，F(xiàn)場的干擾源一般有兩個，一個是儀器周圍的強電磁場，可直接對儀器計算 機進行輻射；另一個是試驗時，鄰近母線帶電運行，通過儀器斷口線感應過來的 感應電壓，在500KV環(huán)境下，此感應電壓往往會達到幾千甚至上萬伏，此感應電 壓如不采取措施，直接進入儀器的計算機采樣回路，勢必對測量結果造成影響，嚴重者甚至會損壞儀器。因此，這種儀器的抗干擾設計相當重要，目前市面上各 種機械特性儀器良莠不齊，在一定程度上體現(xiàn)在抗干擾設計上。周圍電磁場輻射 干擾一般用金屬機箱，對主機進行屏

5、蔽，將機箱外殼接好大地，一般都能解決。對于母線感應過來的感應電壓干擾，通常的做法是采用光電隔離法，將現(xiàn)場 斷口信號（帶強干擾）接入儀器的光電隔離的輸入端，經(jīng)過光電隔離，因為感應 電壓一般能量較弱，通不過光隔器件，而真正的斷口信號則通過光隔器件傳輸?shù)?計算機，這樣就將干擾電壓從有用信號中濾除掉，達到了搞干擾的目的。接現(xiàn)場斷口線（干擾電壓）X7 £接儀器計算機當然，這里只是抗干擾設計的基本原理中的一種，真正實現(xiàn)起來，有許多因 素和參數(shù)要考慮，這里不能一一列舉，抗干擾電路設計的好壞，是衡量一臺儀器 優(yōu)劣與成敗的一個關鍵因素。關于相間同期測量的一個值得注意的問題：中華人民共和國電力行業(yè)標準

6、DL/T 846.3-2004對開關的同期性定義如下：“開關合（閘）同期性”：開關合時各極間及（或）同一極各斷口間的觸頭接 觸瞬間的最大時間差異；“開關分（閘）同期性”：開關分時各極間及（或）同一極各斷口間的觸頭分 離瞬間的最大時間差異。按以上理解及“相間同期”的顧名思義：可以指 A、B、C三相各相中剛合時 間的最大值之差，即為合閘相間同期；剛分時間的最小值之差，即為分閘相間同 期。但是，一直以來，各開關廠及現(xiàn)場通用的辦法是：A、B、C三相總共多個斷口間，時間最大與最小之差值，即為相間同期，此種定義基本上為大家所接受， 在此特加以說明。2、斷路器的分合閘速度的測量按規(guī)程要求，應對斷路器進行分合

7、閘速度特性測試，其分合閘速度應符合制 造廠規(guī)定。2. 1常用測速方法及開關測速的發(fā)展過程 電磁振蕩測速法：電磁振蕩器測速是一種傳統(tǒng)的測速方法，由于結構簡單，體積小和使用方便， 早期為開關制造廠和運行部門廣泛使用。它實際上是一個帶鐵芯的線圈，當線圈 通工頻電壓時，鐵芯上的銜鐵以 2倍電源頻率振蕩。如振蕩器的線圈通以工頻電 流，斷路器運作時，銜鐵上的筆尖以每秒 100周的振蕩頻率劃出疏密不同的等幅 波曲線，測速板與斷路器動觸頭用機械方法連接在一起。如圖3所示為測速板上繪制的合閘，分閘曲線。用鋼尺量出每個周波的長度L的厘米數(shù)，再根據(jù)公式V =L/t=L(cm)/0.01(s)=L (m/s)即得出每

8、 10ms 段的平均速度應用振蕩曲線計算斷路器的剛分，剛合速度：當試驗電源為50Hz時，假設a為剛合點，由a點向前推一個周波在曲線上取 點a'量出距離L(cm)，剛合點前0.01s的距離L(cm)即為剛合速度。V *L/t=L(cm)/0.01(s)=L(m/s)剛分速度依此原理振蕩曲線上最疏的地方，最大波峰距離LMaX值的厘米數(shù)，就是最大速度VMaX（m/S）。 轉鼓測速儀轉鼓測速儀是由轉筒，傳動系統(tǒng)和記錄筆組成，轉筒的長度由斷路器的行程 決定，轉筒周長為500mm,由同步電機帶動，轉速為2轉/秒，線速度為1000mm/ 秒。測量時，在轉筒上履以直角坐標紙，其縱坐標表示斷路器的實際行

9、程，橫坐標每 mm代表1ms，記錄筆在測速桿上，測速桿與動觸頭用機械方法連接在一起，開關動作時，測速桿上的記錄筆在坐標紙上畫出了行程與時間的關系曲線，如圖:II2、滸圖44tA斷路器動觸頭時間-行程曲線根據(jù)繪制的動觸頭行程與時間的關系曲線，在曲線上根據(jù)給出的超行程值，即可根據(jù)速度定義直接讀出分合閘速度，（在時間-行程曲線上測出剛合點前 10ms 所對應的縱坐標數(shù)，厘米數(shù)，即為剛合速度，m/s）。根據(jù)曲線，能直觀判斷斷路器動觸頭在整個運動過程中有無機械卡滯和緩沖 不良等異?，F(xiàn)象。曲線上斜率最大處的速度即為最大速度 光柵尺測速儀測速 QQD圖5測試基本原理是在一根鋼尺上打上很多間隔 1mm.寬度為

10、1mm的光柵孔，光柵尺與動觸頭機械相連，光柵尺隨動觸頭在光對管中運動，光對管在光柵有孔時 呈導通狀態(tài)；隔斷時呈截止狀態(tài)。將光對管導通和截止的一系列方波信號輸入到 計算機進行處理，就很容易算出光柵（即動觸頭）運動的速度了。這種方法由于光柵尺的現(xiàn)場安裝也不方便，光柵尺逐漸被旋轉光電編碼器所 取代，其原理相同。這種方法的優(yōu)點是：計算機直接參與了測試與運算，準確度可靠。缺點是隨著開關種類的越來越多，運動機械千差萬別，給光電編碼傳感器的安裝帶來了很 大的問題。 滑線變阻器測速目前這是使用較多的一種測速方法，包括很多進口儀器和國內(nèi)的較高檔的儀 器一般都使用這種方法?；驹砣鐖D所示：根據(jù)斷路器的總行程的長

11、度，選配一根適當長度，線性度良好的滑線變阻器，一端接地，一端接電源，中間滑動端直接堅固地連接到開關動觸頭（或提升桿）上,隨動觸頭的運動而滑動，變阻器滑片采樣變動的電壓值，經(jīng)A/D轉換后輸入到計 算機采樣，進行數(shù)據(jù)處理，繪制成時間一電壓（即是時間一行程）特性曲線，此曲線 與轉鼓繪制出的曲線基本相似，再經(jīng)計算機處理得出試驗結果。這是目前使用較廣的一種測速方法，直觀，計算機可直接讀取結果，也可對 時間一行程曲線進行分析，缺點是需要針對不同的開關制作不同的安裝支架，并 且現(xiàn)場使用也需要有較強的安裝使用經(jīng)驗。 旋轉軸方法測速有很多種類的SF6開關，現(xiàn)場可以用來安裝測速支架的地方較少或沒有（尤其 是GIS

12、組合電器），以前講的幾種方式都是直型方法測速，因為找不到傳感器安裝 的地方，對這些開關測速就困難了。因此，有些開關制造廠采用在動觸頭傳動桿的旋轉軸上測速，也可以相應地 繪制出時間一行程曲線。旋轉傳感器分為兩種，一種是旋轉光電編碼器，其基本原理同光柵測速；另 一種是旋轉變阻器，基本原理與直型變阻器相同，這就是我們通常所說的角速度 傳感器了。 測速的未來發(fā)展及展望以上介紹的幾種測速方法及傳感器，不管計算機是否參與了工作，都存在現(xiàn) 場安裝不便的問題，開關的檢修現(xiàn)場一般停電時間有限，試驗項目較多，不可能 有很多時間供試驗人員反復安裝，調(diào)整測速支架。這樣就給現(xiàn)場測速工作帶來了 很大的難度。尋找一種現(xiàn)場安

13、裝方便，測試快捷的萬能通用傳感器是儀器制造單 位努力的方向。加速度傳感器：顧名思義：此種傳感器所測的是動觸頭運動時的加速度信號，需對其進行一 系列數(shù)學換算，最終得到所需的時間一行程特性曲線。此種傳感器主要表現(xiàn)在現(xiàn)場安裝方便，只有運動部分，無靜止部分，安裝和 拆卸都很方便，適用于各種類型的開關。目前，此種傳感器的關鍵部件還依賴進口，技術難度較高，國內(nèi)只有少數(shù)個 別廠家掌握了該技術，該技術的現(xiàn)場使用還在推廣階段。22 測速時兩個值得注意的問題 剛分 （合）位置對剛分 （合 ）速度的影響顧名思義，斷路器剛分 （合）位置是動、靜觸頭剛開始分開 （或接通）瞬間的位置， 但目前尚無明確規(guī)定。目前確定剛分 （合）位置的方法有兩種： 一種是以引弧環(huán)端面為準，即以超行程 尺寸來確定剛分 （合 ）點，如使用電磁振蕩器，轉筒測速儀等；另一種是用電氣分斷 或接通來確定剛分 （合）點，如使用光柵，滑線變阻器，加速度傳感器等計算機參與 的測速方法。由于實際上不能作到動觸頭絕對沿一直線運動， 因此不