真空断路器机械特性试验方法的改进研究

张晓鹏 高继乐

摘要：本实验在真空断路器试验相关标准的要求下对真空断路器的机械特性试验方法进行了研究。研究发现，导致试验时间长的原因主要集中在断路器的二次航空插头插针排列密集、接线回路复杂上。这两个因素导致试验延长的时间占所有因素的90%左右。针对这两个因素，本实验对真空断路器机械特性试验过程、结果进行详细研究并进行了改进。结果分析及提出的改进意见对真空断路器机械特性试验有指导意义和应用价值。

关键词：真空断路器；机械特性试验方法；改进

作者简介：张晓鹏（1989-），男，山东蓬莱人，国家电网山东东营市河口区供电公司，助理工程师；高继乐（1981-），男，山东利津人，国家电网山东东营市河口区供电公司，助理工程师。（山东 东营 257200）

中图分类号：TM561.2 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）06-0266-02

国家电网成立后，电网迅猛发展，规模不断壮大。35kV系统基本实现双电源环网运行，10kV系统实现手拉手，部分区域实现“网格化”供电，电网结构进一步完善，供电能力大幅提高。随着我国农网改造工程的不断推进，农网改造的领域和深度也逐渐扩大。但由于农村用电负荷小，面积广，因此35kV/10kV供电方式在广大的农村地区仍将长期存在。[1]随着电网的迅速发展，对变电站电力设备进行预防性试验时产生的问题日益显现，其中以断路器机械特性试验最为突出。

高压断路器是电力系统中重要的控制设备。当系统正常运行时，它能切断和接通线路以及各种电气设备的空载和负载电流；当系统发生故障时，它和继电保护配合，能迅速切断故障电流，以防止扩大事故范围。因此，高压断路器的好坏直接影响到电力系统的安全运行。[2]电网中高压断路器的运行数量多，运行条件和技术要求比较复杂，其运行可靠性不仅关系到高压断路器本身，而且影响到其他设备乃至整个电网。

国家电网电力科学研究院对高压开关事故的统计表明，80%的高压断路器故障是由于机械特性不良引起的。同时，随着高压断路器技术的发展，本体（即电气绝缘部分）故障率大幅度下降，故障主要集中在其操作机构部分，而操作机构的动作状况也可通过机械特性试验准确地得到反映。因此，对高压断路器的机械特性进行测试是一项很重要的工作。高压开关机械特性试验包括分合闸时间、三相同期性、弹跳次数、行程等，目的是检测高压开关的可靠性，根据试验结果判断高压开关是继续使用、维修或更换。其中10kV KYN28型开关柜在10kV線路中广泛运用，但对其中的断路器进行机械特性试验时，试验时间较长，断路器机械特性试验效率较低。[3]

为了提高试验人员工作效率，确保人员和设备安全，尽量减少人为因素造成的短路、误动等危险点。本文基于对国际电工委员会（IEC）制定的高压断路器关合试验标准的理解和认识，对10kV KYN28型开关柜断路器机械特性试验进行了改进，给出了提高试验效率缩短试验时间的方法。

一、断路器机械特性试验情况调查

在现场试验中，断路器的机械试验主要包括机械操作试验、机械特性试验两部分。机械操作试验是断路器处于空载（即主回路没有电压、电流）情况下进行的各种操作性试验，目的是验证断路器机械性能及操作可靠性的试验。机械特性实验主要包括分合闸时间和同期性、分合闸速度及分合闸动作电压的测试。[4]

2012～2013年春秋检在对河口区所辖变电站的10kV KYN28型开关柜中的断路器进行机械特性试验时，对试验时间造成影响的原因主要集中在断路器的二次航空插头接线密易短路、误碰相邻插针上。2012年春检所有原因造成试验时间延长的次数为64次，共计754分钟。由于上述两种因素造成试验时间延长的次数为57次，占延长总次数的89.06%；造成试验延长时间共计697分钟，占延长总时间的92.44%。2012年秋检所有原因造成试验时间延长的次数为65，共计768分钟。由于上述两种因素造成试验时间延长的次数为57次，占延长总次数的87.69%；造成试验延长时间共计699分钟，占延长总时间的91.02%。2013年春检所有原因造成试验时间延长的次数为53次，共计633分钟。由于上述两种因素造成试验时间延长的次数为51次，占延长总次数的96.22%；造成试验延长时间共计617分钟，占延长总时间的97.47%。

我公司2012～2013年春、秋检时，对10kV KYN28型开关柜中的断路器进行机械特性试验的时间最短为22分钟，平均最短时间为27.8分钟；本市其他供电公司的相关时间最短为22分钟，平均最短时间为24.8分钟。

对10kV KYN28型开关柜中的断路器进行机械特性试验的时间造成影响的原因集中在断路器的二次航空插头接线密易短路、误碰相邻插针上，占目前造成试验时间延长总次数的85%以上，占目前造成试验时间延长总时间的90%以上。如果去除这两个因素的影响，2012年春检相关试验的平均时间则为28.8-697/106=22.22（分钟），2012年秋检的平均时间则为29.2-699/106=22.6（分钟），2013年春检的平均时间则为27.8-617/106=21.98（分钟）。

二、断路器机械特性改进试验

随着社会的发展，人们对用电安全的可靠性要求越来越高，高压断路器在电力系统中担负着控制和保护的双重任务，其性能的优劣直接关系到电力系统的安全运行。对高压断路器的机械特性实验也提出了较高的要求。然而，在实际高压断路器机械特性试验中的断路器机械特性试验的方法存在较多实际问题，影响了机械特性试验的质量和效率。针对高压断路器机械故障相对频繁的特点对高压断路器机械特性实行了改进。针对某公司10kV KYN28型开关柜中的断路器进行机械特性试验的时间造成影响的原因并给出了高压断路器机械特性的一种改进方法。

1.原因分析

从机械特性试验过程可以看出：造成人员进行断路器机械特性试验时间长的末端原因共有以下方面：

（1）GDZ-58插针排列密集，易造成短路损坏试验设备：10kV KYN28型开关柜一般配置VS1等手车式断路器。该断路器具有结构紧凑、灵活方便、操作可靠等诸多优点，但在测试其机械特性时，分合閘操作回路、储能回路不易接线。一般是通过其GDZ-58型二次插针处进行夹线。但是这样由于GDZ-58型二次插座插针排列多而且密集，插针间的距离不到1cm，极易造成分合闸线与公共电源线短路，烧毁试验设备。

（2）接线回路复杂，易烧毁元器件：10kV KYN28型开关柜一般配置VS1型断路器。该断路器内部结构复杂，包含大量直流、交流、电路板、诸多电子元器件。大部分电子元器件都属于±24、±12V工作电压，而试验设备操作分合闸回路电压为±220V。其GDZ-58型二次插座插针排列多而且密集，操作过程极易误碰触及其他插针，造成弱电回路过电压，烧毁电路板和电子元器件，造成不必要的损失。

（3）任务重，时间紧，恶劣环境，缺少完善的试验方法，没有制定详细的管理办法。

2.制定对策

GDZ-58插针排列密集易造成短路损坏试验设备。据试验统计，断路器机械特性试验时间长受此原因影响占45%左右。改进试验方法增加可移动GDZ-58插座。

3.对策实施

根据制定对策进行实施：通过认真分析研究10kV KYN28型开关柜结构并对历年其断路器机械特性试验过程、结果进行详细研究，实验中制作了一个与GDZ-58型二次插针相配套的可移动二次插座。首先选用可与GDZ-58型二次插针相配套的二次插座；其次，将所有插座中58个插针全部用2.5mm2硬铜线引出，并分别打上1、2、3……等线号以便接线区分；最后，用PVC胶带将出线端缠绕以防止线间短路。如图1、图2所示。

传统做断路器机械特性试验的方法由于插针排列紧密，接线回路复杂，容易造成短路。改进后的优点：可移动的二次航空插座可以随便调节插针接线，可以更改接线方式而不会造成插针间短路；灵活方便，便于携带，便于使用；经济实惠，方便可行。

4.现场试验测试并分析测试结果

查看每个有10kV KYN28型开关柜及配套断路器的变电站相关图纸，确定每个变电站进行断路器机械特性试验的接线线号，进行相关记录，方便以后试验。班组试验人员挑选10组10kV KYN28型开关柜进行断路器机械特性试验，记录实验数据，查看新装置性能效果。根据10组试验效果，发现新做GDZ-58型二次插座方便快捷、安全可靠，极大提高了试验效率。

5.效果检查

针对二次航空插头插针排列密集进行试验方法改进后，接线回路复杂的问题得到了有效控制，实验数据如表1、表2。

表1 改进后断路器进行机械特性试验时间统计表

1 2 3 合计

总试验（次数） 42 43 44 129

试验平均时间（m） 22.5 21.3 20.5

总试验平均时间（m） 21.43

表2 综合改进前后的试验时间统计表

2012年春检 2012年秋检 2013年春检 改进后

断路器机械特性试验时间（m） 28.8 29.2 27.8 21.43

通过表1、表2可以得出，进行试验方法改进后二次航空插头插针排列密集、接线回路复杂的问题得到了有效控制，提高了人员和设备的安全系数，明显缩短了断路器机械特性试验时间。针对自主研制的GDZ-58型二次插座效果良好，可以在以后试验及相近试验推广。比如35kV站内开关KYN型开关柜也将此方法加以利用改进。

三、结论

断路器是电力系统中重要的控制和保护设备，也是变电站里机械和电气动作最频繁的设备，其安全可靠运行具有十分重要的工程实际意义。统计分析表明，10kV KYN28型开关柜及配套断路器的变电站的机械特性试验中二次航空插头插针排列密集、接线回路复杂的问题影响了试验的质量和效率。本试验针对该问题进行了改进，使得二次航空插头插针排列密集、接线回路复杂的问题得到了有效控制，提高了人员和设备的安全系数，明显缩短了断路器机械特性试验时间。并且针对自主研制的GDZ-58型二次插座效果良好，可以在以后试验及相近试验推广，比如35kV站内开关KYN型开关柜也将按此方法加以利用改进。

参考文献：

[1]韦春霞.35kv变电站设计方案优化探讨[J].科技资讯，2008，（35）.

[2]黎峰.高压断路器液压机构故障检查处理的技术探讨[J].电气开关，2009，（5）.

[3]贺政.高压断路器机械特性测试的意义及实践[J].电力安全技术，2012，（8）.

[4]刘皓宇，金长星.高压开关分合闸同期性测试系统[J].高压电技术，2005，（1）.

（责任编辑：王祝萍）