斷路器機(jī)械缺陷判斷的分、合閘線圈電流波形分析法

范敏，汪佳，何智強(qiáng)，黎治宇

(1． 國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙410007;2． 中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)有限公司湖南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖南 長(zhǎng)沙410007)

高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的保護(hù)和控制設(shè)備，其性能的可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的可靠性。研究與統(tǒng)計(jì)表明，斷路器性能的可靠性與其機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性密切相關(guān)〔1－2〕。因此，斷路器機(jī)械特性測(cè)試是例行試驗(yàn)中必不可少的項(xiàng)目〔3〕，根據(jù)測(cè)試結(jié)果所做出的機(jī)械狀態(tài)評(píng)價(jià)是斷路器可靠運(yùn)行和電網(wǎng)安全穩(wěn)定的重要保證。目前，湖南電網(wǎng)基層單位現(xiàn)場(chǎng)對(duì)斷路器機(jī)械特性測(cè)試主要包括分、合閘的速度、時(shí)間、同期，分、合閘線圈電流波形，速度行程曲線等，其中應(yīng)用分、合閘線圈電流波形來(lái)判斷斷路器缺陷的情況較少，且缺乏理論分析和缺陷類型的判斷。針對(duì)此種情況，文中介紹了一種基于分、合閘線圈電流波形分析的斷路器機(jī)械缺陷判斷方法〔4〕，闡述了該方法的基本原理、電流波形與缺陷類型的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并根據(jù)其在某變電站的實(shí)際應(yīng)用情況驗(yàn)證了該方法的有效性。

1 波形分析原理

電磁鐵是斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的重要組成部分，遠(yuǎn)程發(fā)出分、合閘指令或就地進(jìn)行分、合閘操作時(shí)，斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)分、合閘線圈中會(huì)流過(guò)電流，從而在電磁鐵中產(chǎn)生磁通量，鐵芯受到電磁力的作用就會(huì)使得斷路器分、合閘。分、合閘線圈電流波形與斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械特性密切相關(guān)，因此線圈電流波形包含了可以作為斷路器機(jī)械缺陷判斷的多種信息。

斷路器分、合閘操作過(guò)程中的分、合閘線圈電流變化各階段如圖1 所示:

圖1 分、合閘線圈電流標(biāo)準(zhǔn)波形圖

從圖1 可清晰看出分、合閘線圈電流波形的5個(gè)階段，圖中t0為分、合閘指令到達(dá)時(shí)刻、t1為線圈電流上升到足以使鐵芯運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻、t2為鐵芯吸合運(yùn)動(dòng)停止的時(shí)刻、t3為線圈電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)刻、t4為輔助開(kāi)關(guān)打開(kāi)的時(shí)刻、t5為線圈電流下降到0 的時(shí)刻。

t0—t1階段，線圈在t0時(shí)刻通過(guò)電流，到t1時(shí)刻鐵芯開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，此時(shí)為斷路器分閘計(jì)時(shí)的起點(diǎn);t1—t2階段，t1時(shí)刻鐵芯開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，線圈電流下降，此過(guò)程中鐵芯會(huì)碰撞脫扣桿，到達(dá)t2時(shí)刻時(shí)，鐵芯吸合，運(yùn)動(dòng)停止，線圈電流下降到最低值，同時(shí)t2是斷路器動(dòng)觸頭開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻;t2—t3階段，鐵芯停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)由操動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)動(dòng)觸頭進(jìn)行分、合閘操作，線圈電流又呈指數(shù)上升;t3—t4階段，線圈電流達(dá)到近似穩(wěn)態(tài);t4—t5階段，輔助開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，線圈電流迅速下降到0。

在線圈電流變化的5 個(gè)階段中，t0—t1階段的電流波形與控制電源和線圈電阻有關(guān)，t1—t2階段的電流波形可以反應(yīng)電磁鐵鐵芯機(jī)構(gòu)有無(wú)卡澀、變形、脫扣失靈等現(xiàn)象，t2—t3階段的電流波形可以反應(yīng)斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)情況，通過(guò)對(duì)這幾個(gè)階段線圈電流波形的分析可以初步判斷斷路器的部分機(jī)械缺陷類型和發(fā)展趨勢(shì)。

2 波形分析法的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與結(jié)果分析

在某變電站進(jìn)行一次設(shè)備的停電檢修和例行試驗(yàn)中，使用斷路器動(dòng)作特性分析儀測(cè)試平高生產(chǎn)的LW6B－252 型斷路器動(dòng)作特性，在全部間隔測(cè)試完成后發(fā)現(xiàn)602 斷路器C 相合閘線圈電流波形存在異常，合閘線圈電流波形和行程特性曲線如圖2 所示，作為對(duì)比，602 斷路器A 相合閘線圈電流波形和行程特性曲線如圖2b 所示。

從圖2 中可以看出，A 相合閘線圈電流波形與圖1 的標(biāo)準(zhǔn)波形類似，說(shuō)明A 相操動(dòng)機(jī)構(gòu)處于正常狀態(tài)，而C 相合閘線圈電流波形在與圖1 對(duì)應(yīng)的t2—t3階段有較多的擾動(dòng)和鋸齒波形，說(shuō)明602斷路器C 相操動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)部分存在異常，可能有連接件松動(dòng)情況。

圖2 602 斷路器合閘線圈電流波形和行程特性曲線

2.2 結(jié)果驗(yàn)證

為驗(yàn)證波形分析結(jié)果是否有效，后續(xù)制定了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證方案?，F(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證過(guò)程如下:

將602 斷路器退出運(yùn)行，并使其處于分閘狀態(tài)，電源斷開(kāi);斷路器液壓機(jī)構(gòu)油壓泄至0 表壓;打開(kāi)斷路器三相本體的觀察窗方板，用12 吋活動(dòng)扳手，試轉(zhuǎn)動(dòng)操作拉桿與工作缸連接處的六方接頭，發(fā)現(xiàn)在使用扳手對(duì)602 斷路器C 相操作拉桿與工作缸連接處的六方接頭扭動(dòng)時(shí)，操作拉桿角度發(fā)生位移，說(shuō)明操作拉桿接頭處已松動(dòng)，斷路器機(jī)械傳動(dòng)部分確實(shí)存在缺陷，從而驗(yàn)證了波形分析結(jié)果的有效性。

后通過(guò)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)該型斷路器絕緣拉桿采用螺旋式連接結(jié)構(gòu)，拉桿與接頭處金屬螺紋容易出現(xiàn)松動(dòng)。此種缺陷可能導(dǎo)致斷路器在分、合閘過(guò)程中的分合不到位，甚至爆炸的現(xiàn)象，故及時(shí)發(fā)現(xiàn)此類缺陷并進(jìn)行處理對(duì)保證電網(wǎng)運(yùn)行安全有重要意義。

2.3 有效性評(píng)價(jià)

目前在對(duì)斷路器動(dòng)作特性進(jìn)行測(cè)試時(shí)，關(guān)注點(diǎn)多在斷路器分、合閘時(shí)間、同期、行程特性曲線等項(xiàng)目，對(duì)于分、合閘線圈電流波形的關(guān)注和利用較少，本文提供了一種基于分、合閘線圈電流波形來(lái)分析斷路器機(jī)械缺陷的方法，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證了其有效性，為斷路器機(jī)械特性的現(xiàn)場(chǎng)判斷提供了一個(gè)有效手段，基層高壓試驗(yàn)人員可參考利用分、合閘線圈電流波形來(lái)判斷斷路器機(jī)械缺陷。

與此同時(shí)，基于分、合閘線圈電流波形來(lái)分析斷路器機(jī)械缺陷的方法還存在不足之處:①由于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的誤差，分、合閘線圈電流波形并不十分精確，單憑一次測(cè)量結(jié)果不能準(zhǔn)確判斷斷路器機(jī)械缺陷，602 斷路器C 相與A 相的分閘線圈電流波形和行程特性曲線分別如圖3 所示，從圖中可以看出分閘線圈電流波形曲線并無(wú)太大差別，且與標(biāo)準(zhǔn)分閘電流波形類似，故需多次測(cè)量并結(jié)合斷路器動(dòng)作特性曲線、彈跳波形等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合判斷。②目前該方法只能用于離線測(cè)量，結(jié)合停電例行試驗(yàn)同步進(jìn)行，周期較長(zhǎng)，不能在斷路器正常運(yùn)行的分、合閘操作中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分、合閘線圈電流波形，及時(shí)反映斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械狀態(tài)。

圖3 602 斷路器分閘線圈電流波形和行程特性曲線

總之，基于分、合閘線圈電流波形來(lái)判斷斷路器機(jī)械缺陷的方法還在研究階段，目前可利用其基本原理和標(biāo)準(zhǔn)波形來(lái)初步判斷斷路器機(jī)械缺陷。下一步研究重點(diǎn)在于將該測(cè)試方法由離線變?yōu)樵诰€，在斷路器正常分、合閘操作時(shí)，通過(guò)高精度直流TA 在線測(cè)量其分、合閘線圈電流波形，同時(shí)對(duì)波形分析數(shù)學(xué)方法加以研究，以便在不停電的情況下對(duì)斷路器機(jī)械缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

3 結(jié)束語(yǔ)

1)本文研究了斷路器分、合閘線圈電流標(biāo)準(zhǔn)波形、斷路器機(jī)械缺陷與線圈電流波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為根據(jù)實(shí)測(cè)線圈電流波形判斷斷路器機(jī)械缺陷提供了依據(jù)。

2)通過(guò)對(duì)變電站在運(yùn)斷路器動(dòng)作特性測(cè)試、分、合閘線圈電流波形分析和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，證明了斷路器機(jī)械缺陷的線圈電流波形分析法的有效性，為判斷斷路器機(jī)械傳動(dòng)缺陷提供了有效參考。

3)斷路器機(jī)械缺陷的線圈電流波形分析法目前還存在測(cè)試結(jié)果欠精確、只能在停電例行試驗(yàn)中同步進(jìn)行而不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等問(wèn)題，有待于后續(xù)進(jìn)一步試驗(yàn)和研究。目前該方法只能作為判斷斷路器機(jī)械缺陷的一個(gè)參考，要準(zhǔn)確判斷斷路器是否存在缺陷和其缺陷類型還需根據(jù)各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合判斷。

〔1〕中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局． GB 1984—2003高壓交流斷路器〔S〕． 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003．

〔2〕中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)． DL/T 593—2006 高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求〔S〕． 北京:中國(guó)電力出版社，2006．

〔3〕國(guó)家電網(wǎng)公司． Q/GDW 168—2008 輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程〔S〕． 北京:中國(guó)電力出版社，2008．

〔4〕胡曉光，孫來(lái)軍，紀(jì)延超． 基于線圈電流和觸點(diǎn)狀態(tài)的斷路器故障分析〔J〕． 電力自動(dòng)化設(shè)備，2006，26(8):5-7．