試談斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)

1、斷路器機(jī)械特性試驗(yàn) （ 講義 ）武漢市大洋新技術(shù)有限公司斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)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(hù)，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(guān)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(yùn)動機(jī)械受到過度的機(jī)械應(yīng)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(yán)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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在斷路器事故中，屬于機(jī)械原因造成的占第一位，故現(xiàn)場 對此應(yīng)予以足夠的重視。斷路器的動作特性試驗(yàn)，應(yīng)符合制造廠規(guī)定，否則須進(jìn)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(biāo)準(zhǔn) DL/T 846.32004對開關(guān)的分合閘時間有 詳細(xì)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(guān)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(jié)果，直接在光學(xué)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(biāo)分格上進(jìn)行分析，得到試驗(yàn) 結(jié)果。此種方式是最傳統(tǒng)、可靠的試驗(yàn)方式，但使用較為煩瑣；操作此設(shè)備需 要較有經(jīng)驗(yàn)的人員；設(shè)備較重；夜晚加班操作極為不便，因?yàn)楦泄饧埍仨氃?較強(qiáng)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(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)的電子儀器漸漸地多起來，為我們 的現(xiàn)場試驗(yàn)提供了方便的條件。計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于斷路器機(jī)械特性的基本原理是：計(jì)算機(jī)同時對多個斷口信 號進(jìn)行采樣，不停地掃描計(jì)時，一旦檢測到斷口信號狀態(tài)發(fā)生改變，即

4、計(jì)時終止。 用計(jì)算機(jī)計(jì)時，原理簡單，測量準(zhǔn)確度高，但是需對儀器有較高的抗干擾設(shè)計(jì)要 求，因?yàn)閮x器使用現(xiàn)場一般都在電磁場干擾較強(qiáng)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(qiáng)電磁場，可直接對儀器計(jì)算 機(jī)進(jìn)行輻射；另一個是試驗(yàn)時，鄰近母線帶電運(yùn)行，通過儀器斷口線感應(yīng)過來的 感應(yīng)電壓，在500KV環(huán)境下，此感應(yīng)電壓往往會達(dá)到幾千甚至上萬伏，此感應(yīng)電 壓如不采取措施，直接進(jìn)入儀器的計(jì)算機(jī)采樣回路，勢必對測量結(jié)果造成影響，嚴(yán)重者甚至?xí)p壞儀器。因此，這種儀器的抗干擾設(shè)計(jì)相當(dāng)重要，目前市面上各 種機(jī)械特性儀器良莠不齊，在一定程度上體現(xiàn)在抗干擾設(shè)計(jì)上。周圍電磁場輻射 干擾一般用金屬機(jī)箱，對主機(jī)進(jìn)行屏

5、蔽，將機(jī)箱外殼接好大地，一般都能解決。對于母線感應(yīng)過來的感應(yīng)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(qiáng)干擾）接入儀器的光電隔離的輸入端，經(jīng)過光電隔離，因?yàn)楦袘?yīng) 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(jì)算機(jī)，這樣就將干擾電壓從有用信號中濾除掉，達(dá)到了搞干擾的目的。接現(xiàn)場斷口線（干擾電壓）X7 £接儀器計(jì)算機(jī)當(dāng)然，這里只是抗干擾設(shè)計(jì)的基本原理中的一種，真正實(shí)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(shè)計(jì)的好壞，是衡量一臺儀器 優(yōu)劣與成敗的一個關(guān)鍵因素。關(guān)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(biāo)準(zhǔn)

6、DL/T 846.3-2004對開關(guān)的同期性定義如下：“開關(guān)合（閘）同期性”：開關(guān)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(guān)分（閘）同期性”：開關(guān)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(guān)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(yīng)對斷路器進(jìn)行分合

7、閘速度特性測試，其分合閘速度應(yīng)符合制 造廠規(guī)定。2. 1常用測速方法及開關(guān)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(jié)構(gòu)簡單，體積小和使用方便， 早期為開關(guān)制造廠和運(yùn)行部門廣泛使用。它實(shí)際上是一個帶鐵芯的線圈，當(dāng)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(yùn)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(jī)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(yīng)用振蕩曲線計(jì)算斷路器的剛分，剛合速度：當(dāng)試驗(yàn)電源為50Hz時，假設(shè)a為剛合點(diǎn)，由a點(diǎn)向前推一個周波在曲線上取 點(diǎn)a'量出距離L(cm)，剛合點(diǎn)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(zhuǎn)鼓測速儀轉(zhuǎn)鼓測速儀是由轉(zhuǎn)筒，傳動系統(tǒng)和記錄筆組成，轉(zhuǎn)筒的長度由斷路器的行程 決定，轉(zhuǎn)筒周長為500mm,由同步電機(jī)帶動，轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)/秒，線速度為1000mm/ 秒。測量時，在轉(zhuǎn)筒上履以直角坐標(biāo)紙，其縱坐標(biāo)表示斷路器的實(shí)際行

9、程，橫坐標(biāo)每 mm代表1ms，記錄筆在測速桿上，測速桿與動觸頭用機(jī)械方法連接在一起，開關(guān)動作時，測速桿上的記錄筆在坐標(biāo)紙上畫出了行程與時間的關(guān)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(guān)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(diǎn)前 10ms 所對應(yīng)的縱坐標(biāo)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(yùn)動過程中有無機(jī)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(jī)械相連，光柵尺隨動觸頭在光對管中運(yùn)動，光對管在光柵有孔時 呈導(dǎo)通狀態(tài)；隔斷時呈截止?fàn)顟B(tài)。將光對管導(dǎo)通和截止的一系列方波信號輸入到 計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，就很容易算出光柵（即動觸頭）運(yùn)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(zhuǎn)光電編碼器所 取代，其原理相同。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：計(jì)算機(jī)直接參與了測試與運(yùn)算，準(zhǔn)確度可靠。缺點(diǎn)是隨著開關(guān)種類的越來越多，運(yùn)動機(jī)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(jìn)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(dāng)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(jiān)固地連接到開關(guān)動觸頭（或提升桿）上,隨動觸頭的運(yùn)動而滑動，變阻器滑片采樣變動的電壓值，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入到計(jì) 算機(jī)采樣，進(jìn)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(zhuǎn)鼓繪制出的曲線基本相似，再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理得出試驗(yàn)結(jié)果。這是目前使用較廣的一種測速方法，直觀，計(jì)算機(jī)可直接讀取結(jié)果，也可對 時間一行程曲線進(jìn)行分析，缺點(diǎn)是需要針對不同的開關(guān)制作不同的安裝支架，并 且現(xiàn)場使用也需要有較強(qiáng)的安裝使用經(jīng)驗(yàn)。 旋轉(zhuǎn)軸方法測速有很多種類的SF6開關(guān)，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?yàn)檎也坏絺鞲衅靼惭b 的地方，對這些開關(guān)測速就困難了。因此，有些開關(guān)制造廠采用在動觸頭傳動桿的旋轉(zhuǎn)軸上測速，也可以相應(yīng)地 繪制出時間一行程曲線。旋轉(zhuǎn)傳感器分為兩種，一種是旋轉(zhuǎn)光電編碼器，其基本原理同光柵測速；另 一種是旋轉(zhuǎn)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(jì)算機(jī)是否參與了工作，都存在現(xiàn) 場安裝不便的問題，開關(guān)的檢修現(xiàn)場一般停電時間有限，試驗(yàn)項(xiàng)目較多，不可能 有很多時間供試驗(yàn)人員反復(fù)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(yùn)動時的加速度信號，需對其進(jìn)行一 系列數(shù)學(xué)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(yùn)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(guān)。目前，此種傳感器的關(guān)鍵部件還依賴進(jìn)口，技術(shù)難度較高，國內(nèi)只有少數(shù)個 別廠家掌握了該技術(shù)，該技術(shù)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(zhǔn)，即以超行程 尺寸來確定剛分 （合 ）點(diǎn)，如使用電磁振蕩器，轉(zhuǎn)筒測速儀等；另一種是用電氣分?jǐn)?或接通來確定剛分 （合）點(diǎn)，如使用光柵，滑線變阻器，加速度傳感器等計(jì)算機(jī)參與 的測速方法。由于實(shí)際上不能作到動觸頭絕對沿一直線運(yùn)動， 因此不