柱上断路器动作特性现场检测设备的研发

张 露，张 蓓，江 成

(国网上海市电力公司奉贤供电公司，上海 201499)

作为集成度较高的电力设备，柱上断路器用于电网中的联络、分段、支线上，是现代智能配网的核心部件，自身将模拟量采集、继电保护、断路器灭弧机构等一二次设备集于一身，对柱上断路器的测试有着很多新的要求。又因为柱上断路器分散安装于个配网支线电杆上，要对其特性进行实验难度较大，尤其是断路器跳闸特性、继电保护动作特性的试验，现场试验十分繁琐，需要多工种配合。在夏季高温季节，柱上断路器突发故障如烧毁或误跳闸事故时有发生，为了减少柱上断路器的突发故障，需要定期对断路器进行试验或检查[1-3]。目前情况下，还没有对重要回路的柱上断路器进行停电校验或带电检测的方法与措施，因此，如果能开发一种能够对柱上断路器运行工况进行方便检验的设备，有助于极大地提升配网运行可靠性。本文提出一种柱上断路器动作特性现场检测设备的设计方案，可有效提高现场工作效率。

1 柱上断路器特点

柱上断路器是安装在电杆上能够操作导电回路的开关，可以在正常情况下手动切断或接通线路，并且是能在短路故障时，通过继电保护装置的保护跳闸功能，将故障线路自动跳开的一种开关设备。柱上断路器主要用于配电线路区间分段投切、控制、保护，能断开短路电流。目前配电线路中柱上断路器主要采用户外交流高压智能真空断路器，智能真空断路器是一种具备故障检测功能、保护控制功能和通讯功能等多功能一体化的断路器，一般安装在10 kV架空线路分界点，可自动切除单相接地和自动隔离故障，是配电线路改造的理想产品[4-5]。

智能真空断路器可以实现手动操作、电动操作、遥控器操作及远程主机操作。断路器由本体、操作机构、控制器三部分组成。根据绝缘材料不同，断路器可分为SF6绝缘真空断路器与空气绝缘真空断路器。SF6绝缘真空断路器采用真空灭弧，SF6绝缘，三相共箱式，采用弹簧操作机构，电流互感器可内置，电缆或端子出线，外侧选配隔离装置，吊式或坐式安装[6-7]。空气绝缘真空断路器采用真空灭弧，空气绝缘，三相固封极柱式，采用弹簧或永磁操作机构，电流互感器外置，端子出线，外侧选配隔离装置，坐式安装断路器。同时柱上断路器可根据配电线路的需要配置CT(保护电流互感器)、ZCT(零序电流互感器)、u(电压互感器)，作为控制器的模拟量测量装置，用以监测，控制，保护配电线路[8]。

2 柱上断路器现场检测的局限性分析

2.1 设备集成度过高造成专业要求高的问题

柱上断路器将模拟量采集装置、继电保护装置、断路器灭弧机构等一二次设备集于一体，由于柱上断路器集成度高，功能多，测试复杂，因此对其检测和功能校验，有着很多新的要求。柱上断路器的继电保护测试必须登杆，然而一般二次专业人员不具备登杆高空作业能力，而具备高空作业能力的让检修人员又不具备二次控制保护测试的专业知识，这使得柱上断路器的现场检测需要多工种配合，作业效率十分低下。在配电网中柱上断路器数量极多，由于需要多工种配合工作，作业效率低，导致断路器运维单位未能按计划按周期对辖区内所有断路器进行校验，给配电网安全稳定运行造成隐患。

2.2 试验设备过于笨重导致作业效率低下问题

现有柱上断路器校验技术一般采用基于大电流发生器的跳闸方案，进过分析该方案存在如下不足。首先是使用不便，柱上断路器大量分布式高空安装，检修人员需借助升高车进行检测校验，而检测设备大电流发生器十分笨重，一台1 000 A的大电流发生器重达30 kg以上，给现场的移动高空检测作业带来极大不便，现有大电流发生器为考虑电源供电方便，均是单相输出[9-10]，对于三相柱上断路器需要试验三次，增加了作业工作量和时间。其次是由于大电流发生器功能的局限性，无法模拟真实的断路器负荷电流变化过程。最后是成本较高，基于大电流发生器设计的开关跳闸特性检测装置，需要大容量的一次电流互感器与自耦调压器，均是工频单相感性元件，成本高昂。

3 柱上断路器现场检测思路

为解决现有的断路器现场检测需要多工种配合工作，作业效率低和现场检测操作不便性，检测设备的成本高昂等缺点，本文提出一种新型的检测思路，通过在断路器两侧类似挂接地线的方法，在检修断路器的两端加上测试杆如图1所示。

图1 柱上断路器基本检测思路

3.1 柱上断路器新方案设计

检测柱上断路器各项功能虽不同，只需检测断路器实验时的电流、电压、零流三个基本模拟量，便可以判断断路器的各保护功能的动作特性，从而判断柱上断路器运行状况是否良好。因此只需在断路器两侧的接地线用上合适的试验电源，通过检修人员将检测设备的电流电压量直接注入到两侧接地线的一次回路中，按照断路器相关的检测要求可以对断路器绝大部分保护的动作特性进行有效的检测。首先，由于柱上断路器流变与开关触头一体化，直接注入测试电流后到电流流入终端的时间差，可得出断路器分闸时间，其次，二次继电保护动作特性的校验也可同时进行，从而将二次继电保护与一次开关动作特性一并验证。

3.2 检测装置的设计

为了更高效的检测柱上断路器，设计出新型检测样机，原理图如图2所示，该装置使用10～35 kV 电流、电压互感器，采用倒接法实现升流与升压，将小电流小电压升至断路器工作时电流电压，模拟断路器运行时真实工况，装置具有可靠性好、容量大等优点，新型检测样机包括逆变器、调压器、电流互感器 、电信号计时器、电流表、电压互感器、电压表、加电流按钮、失压按钮等。

图2 样机电路结构

首先，通过逆变器将直流低压电源，如检修车辆的12 V 蓄电池，变换为较高的交流电压，经过三相调压器设置不同的电压后，由电流互感器倒接实现电流放大，从而产生柱上断路器三相试验电流；柱上断路器保护对电压要求较低，仅仅需要验证低压脱扣能否管理，因此三相电压不使用调压器调压，直接通过常闭接点按钮，经过电压互感器倒接升压后形成柱上断路器的三相试验电压。由于试验电流与电压均是一次侧注入的高压信号，同时实现一次设备绝缘耐压检测和二次继电保护动作特性的校验，实现了柱上断路器实验的全局性与高效率，提高柱上断路器检测作业的效率。

其次，本设计通过构建三相检测回路，实现的零相电流的检测，通过零相中电信号计时器的计时功能，可灵敏检测出灭弧问题或三相不一致问题，若三相开关分闸同期性良好，则零相中存在不平衡电流时间很短，如果某一相动作缓慢或灭弧能力降低，则零相中会出现较长时间的不平衡电流，从而通过电信号计时器就能直观明显地检测出三相不一致或灭弧能力降低的问题，便于作业人员及时检测出断路器灭弧或三相不一致问题 ，提高设备运行的可靠性。

4 柱上断路器新方案效果验证

本柱上断路器现场检测方案，只需在断路器两侧挂上试验线，无需作业人员登高作业，无需升高车到现场作业，只需类似绝缘棒的操作杆就可以实现检测作业，现场作业简单高效，减少作业人员登高危险，大大提高了检测人员的检测效率。以每台柱上断路器所需时间和人员为例，对比实施新检测方案后所需时间和人员。

通过对比发现，柱上断路器检测工作，由原来4人一辆升高车完成的工作，现在仅需3人就能完成，每台断路器的检测时间缩短为2 h，而在效率上提高一倍，对于配网中有大量柱上断路器检测工作，不仅节省了大量人力物力财力，还提高断路器检测效率，特别是在柱上断路器抢修和新设备投运情况下，利用本方案十分有效而方便，减少配电网断电时间，提高配电网供电的可靠性。

5 结语

本文分析了安装在配网支线电杆上的柱上断路器的检测难度高、工作效率低和其动作特性进行实验难度较大等问题，以此为基础提出了实用性强的现场检测方案，设计了在断路器两侧类似挂接地线，在检修断路器的两端加上测试杆的方法，并在该方案的基础上设计新型柱上断路器检测样机，试验证明这些手段可以实现断路器检测的全局性与高效率，提高柱上断路器检测作业的效率，极大地提升配网运行可靠性。