測量斷路器合閘電阻投入時間-高壓開關機械特性測試儀

針對國內生產的大多數普通高壓開關機械特性測試儀無法直接測量斷路器合閘電阻投入時間，探索了一種通過改進接線用普通的開關測速儀測量斷路器合閘電阻投入時間的方法，并運用此方法進行現場測量，取得了成功。
1、引言
　　在電力系統中，存在著種類繁多，特性各異的操作過電壓，斷路器操作是大部分操作過電壓的起因。在超高壓電網中，隨著斷路器滅弧能力的提高和避雷器的裝設，合空線過電壓成為主要的操作過電壓。特別是長距離的超高壓輸電線路的空載線路合閘，過電壓更加嚴重。在電力系統中，線路合閘是常見的操作。為了限制合空線過電壓，在長距離的超高壓輸電線路中，將斷路器裝設并聯電阻作為限制合空線過電壓的主要措施。這種為限制合空線過電壓而并聯的電阻(即合閘電阻)阻值約幾百歐。以ABB生產的500kV斷路器為例，并聯電阻后，斷路器斷口內部結構如圖1。在斷路器合閘過程中，Kf先合上，把Rf接入系統中，過了約10ms左右，Kz再合上，再過約幾十毫秒，Kf斷開，把Rf退出系統。這樣就完成了一次合閘的全部操作。帶合閘電阻的斷路器檢修時應測量合閘電阻的投入時間，即Kf閉合時間t1和Kz閉合時間t2，及兩者的時間差Δt=t2-t1。但由于目前國內絕大多數開關測試儀廠家生產的開關測試儀只能測量無并聯電阻的斷路器的合閘時間，而無法直接測量帶并聯電阻的斷路器的合閘電阻的投入時間。為此，本文探索了一種通過改進接線，用大多數普通的高壓開關機械特性測試儀，來測量帶并聯電阻的斷路器的合閘電阻的投入時間的方法。
2、高壓開關機械特性測試儀測試端口的特點
　　為說明測量的方法，我們首先來了解一下開關測試儀測試合閘時間過程和測試端口的特點。高壓開關機械特性測試儀一般包含6~12個相同測試端口和分合閘控制電路，如圖2。虛線內部為開關測試儀，其中有若干個測試端口，J為開關測試儀內部接點，用來接通合閘控制回路，S為開關測試儀內計時開始觸發部分，HQ和DL分別為斷路器的合閘線圈和常閉輔助接點，Kz為斷路器主斷口。每一個測試端口的內部如圖3，r為測試端口的內阻，S'為時間記錄部分。當我們啟動開關測試儀上的合閘按鈕時，J閉合，合閘控制回路接通，J、S、HQ、DL均有電流通過，斷路器開始合閘，同時S使開關測試儀開始計時。當斷路器Kz閉合時，接通測試端口1，測試端口1有電流通過，判斷出斷路器主斷口Kz已閉合，S'記下此時時間，該時間就是我們測得斷路器合閘時間。S'記下一次時間后就不再記時，必須等到下一次測試時S重新觸發使開關測試儀重新開始計時，S'才能記時。圖2中只畫出了一相的測試接線,實際上我們測量時是三相同時測量，要用到三個測試端口。每個測試端口S'分別記錄各自測試端口的時間,從而同時測出三相合閘時間。
　  從上述過程可見，測試端口判斷出Kz閉合是因為這時測試端口有電流通過，使S'觸發記時。但并非只要有電流就能觸發S'記時，而是必須電流達到一定值才能觸發S'記時，我們稱該臨界電流為I0。由于Kz基本是短接，因此測試端口通過的電流大于I0，使S'觸發記時。假如在測試端口外臨時串聯一個電阻Rt，如圖4，此時Kz即使閉合，測試端口通過的電流未必大于I0。只有在Rt小于一定值時，才能使測試端口通過的電流大于I0，從而使S'觸發記時。我們稱該臨界電阻為Rt0。
　　必須使測試端口外接電阻小于Rt0，測試端口才能記時。這就是開關測試儀測試端口的特點。
3、實際測試方法
　 由開關測試儀測試端口的特點可見，如果測量帶并聯電阻斷路器時，假如每相斷路器只接一個測試端口，顯然只能測出Kz或Kf的其中之一的閉合時間。假如每相斷路器直接接兩個測試端口，當Rf>Rt0時，兩個測試端口均無法測出Kf的閉合時間，而只能測出Kz閉合時間;當Rf
3.1當合閘電阻小于臨界電阻，即Rf
　當RfRt0。當斷路器進行合閘時，Kf先閉合，這時由于RfRt0，尚不能觸發記時。當Kz稍后閉合時，對于測試端口2，由于此時其外接電阻為Rc
3.2當合閘電阻大于或等于臨界電阻，即Rf≥Rt0時
   當Rf≥Rt0時，如果仍然按圖5接線，當Kf閉合時測試端口1和2均無法測得t1;當Kz閉合時，測試端口1和2均測得t2，因此只能測得t2，使測試失敗，為此必須改變接線，改變后測試接線如圖6。在圖5接線的基礎上，再在斷路器斷口兩端并聯一個可調電阻Rb。Rb阻值必須滿足其與Rf并聯后的阻值小于Rt0，即■Rt0。當斷路器進行合閘時，Kf先閉合，這時由于■Rt0，尚不能觸發記時。當Kz稍后閉合時，對于測試端口2，由于此時其外接電阻為Rc
4、開關測試儀臨界電阻Rt0的測定方法
   從上述可見，要想成功測得t1和t2，必須知道Rf和Rt0的阻值。Rf可由斷路器說明書得知，但開關測試儀說明書并不提供Rt0值，因此Rt0阻值必須自行測得，Rt0的確定方法是用一個直流繼電器Relay模擬斷路器來實測得到，如圖7。直流繼電器線圈串聯在直流控制回路中，直流繼電器的接點和一個可調電阻Rt串聯后接到測試端口1兩端，先把Rt放在某個阻值，當J閉合時，Relay接點稍后閉合。開關測試儀若能測出時間，則說明RtRt0，應減少Rt，再重復測試，這樣經過若干次測試后就能得到Rt0值。
5、測試方法的驗證
　 本人運用上述方法，在福州500kV變電站年檢時對兩臺500kV斷路器進行測試，并把測試數據與交接試驗時斷路器廠家在現場測量數據進行比較，如表。
　 這兩臺斷路器均為ABB生產，型號為HPL550TB2，Rf值約為400Ω，控制從福建福州到浙江金華雙龍變電站約300多公里線路。自測使用的開關測試儀為珠海市英之泰電氣設備有限公司生產，型號為GKC/98H6型，臨界電阻Rt0值為450Ω。自測時按圖5接線，Rc取200Ω。從表可見自測值與廠家值基本一致，說明該方法是正確有效的。
　 總之，用普通測試儀測量斷路器合閘電阻投入時間，測量每個斷路器斷口，需用兩個開關測試儀的測試端口和一個或兩個電阻，按照圖5或6接線即可成功測量。