王海峰
（广东电网阳江供电局 广东阳江 529500）
摘要：以阳江供电局某变电站500kV断路器机械特性测试不合格缺陷为例，论述了高压断路器机械特性测试原理及过程，并对该缺陷产生原因和处理措施进行了介绍与分析。试验结果表明：处于长期运行状态下HPL-550（T）B2-BLG1002A型断路器，其压缩弹簧会出现不同程度的疲劳，影响分合闸速度与时间。通过调整弹簧的初始压缩量，可以使其机械特性满足试验要求。最后对预防和消除断路器机械特性缺陷给出合理化建议，保障断路器安全运行。
关键词：断路器；机械特性；弹簧；初始压缩量
Analysis and Treatment Measures of A 500kV Breaker Mechanical Characteristics Defect
WANG Hai-feng
（Yangjiang Power Supply Bureau，Guangdong Power Grid Corporation. Yangjiang 529500，China）
Abstract：This paper presents the process and principle of a breaker mechanical characteristics defect on a 500kV departure interval at 500kV Dieling transformer substation，the causes and treatment measures are introduced and analyzed. The test results indicate that the compression springs of a long-term running breaker would emerge various degrees of fatigue，which affects the speed and time of opening and closing operation. Breaker mechanical characteristics would meet requirements by adjusting the initial compression of springs. At last，the reasonable suggests are given about preventing and eliminating the defects to ensuring operating safety.
Keywords：breaker；mechanical characteristics；spring；initial compression
引 言
作为电力系统中的重要设备，高压断路器可以根据电网的运行要求起到控制和保护作用[1]。断路器的机械特性决定着它的断流容量和关合能力，进行高压断路器分合闸速度与时间测试，是检查断路器机械特性优劣的重要手段[2]。断路器分合闸速度过快，会造成断路器的机械损伤；速度过慢则会影响灭弧效果，导致触头被电弧灼伤，甚至会发生爆炸[3]。根据阳江供电局某检修班所管辖的变电站中，已经进行过机械特性测试的110kV及以上电压等级ABB断路器的结果统计来看，分合闸速度不合格现象突出，已经成为威胁电网可靠运行的安全隐患之一。因此，及时对断路器机械特性缺陷进行原因分析并采取有效的处理措施，对于避免因分合闸速度、时间不达标导致重大事故的发生起到至关重要的作用。
本文以阳江供电局某变电站500kV断路器机械特性不合格缺陷为例，论述了高压断路器机械特性测试过程及原理，并对该故障发生原因和处理措施进行了详细的介绍与分析。通过总结本次缺陷处理收获的经验与成果，对预防和消除断路器机械特性缺陷给出合理化建议，为正确有效地开展断路器机械特性测试工作提供参考。
1 测试原理与过程
1.1 测试原理
针对该站500kV出线间隔的HPL-550（T）B2-BLG1002A型断路器，采用瑞典ELCON公司生产的SA10机械特性测试仪对其进行分合闸速度与时间测试，测试装置如图1所示。
（a）SA10型机械特性测试仪（b）传感器及固定支架安装
图1 机械特性测试装置实物图
在断路器进行分（合）闸动作时，采用间接方法测量触头的机械运动速度。在断路器操作机构上安装测速传感器，并向传感器中转动触点两端施加直流电压，测量时由断路器机械传动元件带动转动触点运动，产生一个变化的电压ΔU，通过机械特性测试仪将电信号转换成机械运动信号，再由电脑中数据采集分析软件经积分运算得到断路器分（合）闸时间—行程曲线。根据速度定义即可计算出分闸、合闸速度[4]。
在进行时间测试时，已经接地的机械特性测试仪通过导线与断路器底部接线板相连，断路器顶部通过引出线经B0地刀接地，因此，测试系统与地构成一条测试回路，如图2所示。断路器进行分（合）闸动作时，从断路器接收指令到测试回路由断到通（由通到断）的时间，即初始点到刚分点（刚合点）所用的时间，为断路器分（合）闸时间。
图2 分合闸时间测试接线图
1.2 测试过程
依据广东电网公司制定的 《北京ABB高压开关有限公司HPL-550（T）B2-BLG1002A型断路器维护检修手册》以及500kV断路器预试作业指导书进行测试，测试流程图如图3所示。
图3 机械特性测试流程图
2 结果分析
2.1 测试结果
按照规程要求，对该站500kV HPL-550（T）B2-BLG1002A型断路器进行机械特性测试，得到断路器分、合闸时间—行程曲线如图4所示。
（a）合闸曲线 （b）分闸曲线
图4 断路器分、合闸时间—行程曲线
根据ABB公司采用的速度定义与时间测试方法，采用SA10数据采集分析系统得到断路器机械特性测试结果如表1所示。
表1 断路器机械特性测试结果
通过表2中对应参数的对比，可以得到：该断路器合闸速度与时间符合厂家标准，而分闸速度低于厂家标准，分闸时间大于厂家标准。因此，该断路器在分闸时不能满足正常使用要求，存在机械特性缺陷。
2.3 原因分析
在进行缺陷原因分析时，采取更换另一套测试设备、增加工作班成员对现场检查监督等措施后重新进行多次测试，发现依然存在数据不合格现象，因此排除测试设备原因和操作原因造成的试验误差；对传动连杆的连接处进行除锈、润滑后再进行测试，试验数据依旧不合格，由此排除传动连杆卡涩引起的缺陷。最后通过查询设备台账信息并参考厂家检修经验，分析认为：在该断路器常年处于合闸状态的情况下，分闸弹簧长期处于储能压缩状态，易出现一定程度的疲劳，导致弹簧弹性系数降低，从而使其在分闸时传递给操动机构的能量减少，导致分闸速度与时间不合格。
3 处理措施
3.1 分闸机构调整
该型断路器在进行分闸操作时，分闸弹簧通过连接螺栓带动操作连杆，使断路器触头发生分离实现分闸。因此，通过调节连接螺栓与操作连杆的连结点位置，即改变分闸弹簧释能状态下的初始压缩量，增大分闸弹簧在断路器合闸时储存的弹性势能，从而提高分闸时弹簧出力，使分闸速度增大并满足要求，最终消除断路器分闸时的机械特性缺陷。
在调整分闸弹簧初始压缩量时，断路器应处于分闸状态，且分、合闸弹簧均已释能。将分闸机构下盖板拆下，采用力矩扳手及套筒调节连接螺栓位置，增大弹簧初始状态下的压缩量，进而增大其在分闸动作时的做功量。通过对分闸弹簧的多次测试与调整，最终得到满足分闸要求的测试结果如表3所示。
表3 分闸机构调整后测试结果
由表3可知：调整后的分闸速度与时间达到厂家标准，但合闸速度出现下降且低于厂家标准。这是由于该型号的分闸弹簧储能是依靠合闸弹簧释能后带动拐臂，再根据杠杆原理，通过与拐臂连接的分闸弹簧操作连杆将分闸弹簧拉伸来实现的。换言之，合闸弹簧靠电机储能，分闸弹簧靠合闸弹簧储能。调整分闸弹簧后再进行合闸测试时，合闸弹簧释放的能量用于分闸弹簧储能的部分增多，用于实现合闸的部分减少，导致合闸速度下降。因此，还需对合闸弹簧的初始压缩量进行调整。
3.2 合闸机构调整
合闸机构的调整与分闸机构类似，在断路器处于分闸位置、分合闸弹簧均释能的条件下，采用与设备配套的大力钳，通过调节连接螺栓改变弹簧初始压缩量，使合闸弹簧连接的刚性框架与机构顶部之间的距离增大，实现分闸速度的增加，调整后的合闸机构如图5所示。
图5 调整后合闸弹簧实物图
通过反复调整与试验，最终得到机械特性测试数据如表4所示。
表4 合闸机构调整后测试结果
由表4可知：断路器各项机械特性参数均达到厂家给出的标准要求，满足正常运行条件，该型号断路器机械特性不合格缺陷问题得以解决。
4 结 语
高压断路器分闸弹簧疲劳，会使弹簧储能特性下降，影响断路器分、合闸速度与时间，从而产生机械特性缺陷，威胁断路器的安全可靠运行。针对这一问题，在断路器的日常检修与维护中，可以从以下方面完善和提高：
（1）在进行断路器机械特性测试时，要严格按照《电力设备检修预试规程》[5]、设备检修维护手册、作业指导书的规定来进行，加强对试验现场的检查与监护，防止诸如传感器安装不牢靠、传感器转轴卡涩、信号线接触不良及其它人为原因造成的试验误差，影响试验的准确性。
（2）采用改变弹簧初始压缩量的方法仅适用于一般程度的弹簧疲劳，即分合闸速度与标准值偏差不大的情况，如果弹簧疲劳程度十分严重，则需要采取更换弹簧等其它措施。
（3）对于发生过弹簧疲劳导致机械特性缺陷的断路器，在日常检修维护时要提高关注程度，加强对弹簧表面有无裂纹、断裂、锈蚀等情况的检查，条件允许的情况下可以适当缩短机械特性试验周期，及时发现问题并采取措施。
（4）目前变电检修专业对于断路器机械特性测试工作开展时间不长，建议在以后的测试工作中加强对于工作成果、经验的总结积累与交流分享，以便系统全面地对断路器机械特性进行分析与掌握，更好地预防和消除断路器机械特性缺陷，为设备安全运行提供可靠保障。
参考文献：
[1]贵州电网公司. 变电检修[M]. 北京：中国电力出版社，2011.
[2]陈庆发，黄金剑. 基于加速度传感器的断路器速度测试方法及应用[J]. 广西电力，2013，36（4）：16-18.
[3]沈荣顺，刘杨，徐辉，等. 断路器机械特性试验开关动作速度测量误差分析[J]. 河北电力技术，2015，34（6）：23-25.
[4]施倩. 浅谈SF6断路器分合闸速度的测量[J]. 福建电力与电工，2001，21（1）：52-53.
[5]Q/CSG 1206007-2017，电力设备检修试验规程[S].
论文作者:王海峰
论文发表刊物:《河南电力》2019年2期
论文发表时间:2019/10/12
标签：断路器论文; 弹簧论文; 特性论文; 机械论文; 测试论文; 速度论文; 时间论文; 《河南电力》2019年2期论文;