附件3：高压交流断路器可靠性试验方法.docx

办生技2021 号Q/CSG中国南方电网有限责任公司企业标准Q/CSG 1XXXXXX.1-20212021-XX-XX发布2021-XX-XX 实施高压交流断路器可靠性试验方法（草案）中国南方电网有限责任公司 发 布IQ/CSG 1XXXXXX.1-2021目 次前 言II1 范围212 规范性引用文件213 术语和定义214 试验条件235 外观检查及功能性试验246 可靠性试验257 测试性试验278 维修性试验28IQ/CSG 1XXXXXX.1-2021前 言为全面规范。本标准由提出、归口管理并负责解释。本标准主编单位：本标准主要起草人：XX、XX、XX、XX、XXX，其中第1-3章节由XXX主要编写，第4章节由XXX主要编写，第5章节由XXX主要编写，第6章节由XXX主要编写，编写说明由XXX主要编写。本标准为修订，正式颁发后，原XXXX年版本作废。（若首次发布，标明本标准首次发布）IIQ/CSG 1XXXXXX.1-2021高压交流断路器可靠性试验方法1 范围本标规定了高压交流断路器可靠性试验方法和评价标准。本标准适用于南方电网有限责任公司所属变电站内35kV500kV交流断路器。2 规范性引用文件下列文件对于本规定的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注明日期的版本适用于本规定；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规定。 GB/T 1984-2014 高压交流断路器GB/T 1985-2014 高压交流隔离开关和接地开关GB/T 2423.17-2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ka：盐雾GB/T 2423.50-2012 环境试验 第2部分：试验方法 试验Cy 恒定湿热 主要用于元件的加速试验GB/T 2900.13-2008 电工术语 可信性与服务质量GB/T 2900.20-2016 电工术语 高压开关设备GB/T 4208-2017 外壳防护等级（IP代码）GB/T 7674-2020 额定电压72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备GB/T 9414.3-2012 维修性 第3部分：验证和数据的收集、分析与表示GB/T 11022-2020 高压交流开关设备和控制设备标准的共用技术要求GB/T 20138-2006 电器设备外壳对外界机械碰撞的防护等级(IK代码)GB/T 29309-2012  电工电子产品加速应力试验规程 高加速寿命试验导则GJB 368B-2009 装备维修性工作通用要求GJB 451A-2005 可靠性维修性保障性术语GJB 2072-1994 维修性试验与评定GJB 2547A-2012 装备测试性工作通用要求DL/T 402-2016 高压交流断路器DL/T 486-2010 交流高压隔离开关和接地开关订货技术条件DL/T 593-2016 高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求DL/T 617-2010 气体绝缘金属封闭开关设备技术条件T/CIS 03002.1-2020 科学仪器设备电气系统可靠性 强化试验方法Q/CSG 1206007-2017 电力设备检修试验规程Q/CSG 210020-2014 中国南方电网有限责任公司电力事故事件调查规程IEC 60300-3-3 Dependability management - Part 3-3: Application guide - Life cycle costing3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件3.1 可靠性 reliability指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。3.2测试性 testability指产品能及时并准确地确定其状态（可工作、不可工作或性能下降）并隔离其内部故障的一种能力。3.3 维修性 maintainability指产品在规定条件下和规定时间内，按规定的程序和方法维修时，保持或恢复到规定功能的能力。3.4 故障 failure故障是指产品不能执行规定功能的状态，通常指功能故障，因预防性维修或其他计划性活动或缺乏外部资源不能执行规定功能的情况除外。我们将电力企业中规定的由于设备故障导致的事故事件和紧急重大缺陷定义为A类故障，将一般和其他缺陷定义为B类故障。3.5故障率 rate of failure（）工作到某时刻尚未发生故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率，称为产品的故障率。3.6故障检测率 fault detection rate（FDR）是用规定的方法正确检测到的故障数和被测产品发现的故障总数之比，用百分数表示。3.7 故障隔离率 fault isolation rate（FIR）指用规定的方法正确地把检测到的故障数隔离到不大于规定模糊度的故障数与检测到的故障数之比，用百分数表示。3.8 预防性维修时间 preventive maintenance time（PMT）预防性维修是指通过对产品系统检查、检测和发现故障征兆并采取措施以防止故障发生，使其保持在规定状态所进行的全部活动。它包括润滑、操作人员监控、定期检查、定期拆修和更换等工作类型。对设备进行预防性维修所用的时间即为预防性维修时间。3.9 修复性维修时间 corrective maintenance time（CMT）修复性维修是产品发生故障后，使其恢复到规定状态所进行的全部活动，它包括下列一项或几项活动：故障定位、故障隔离、分解、更换、再装、调校及检测等。修复性维修常常是非计划的，对设备进行修复性维修所用的时间即为修复性维修时间。3.10 高加速寿命试验 highly accelerated life test（HALT）指通过逐步增强施加在试验样品上的试验应力（如温度、振动、快速温变及振动综合应力等），确定产品的耐受应力极限的试验。3.11 正常 normal正常状态的边界N，表示设备制造分散性允许的合格范围边界，这里规定为设备出厂试验的合格值边界。3.12 注意 attention注意状态的边界A，表示设备已有老化的趋势，表示用户应加强对该设备的状态观测。3.13 异常 abnormal异常状态的边界B，表示设备已老化到一定程度，表示用户应适时进行维修。3.14 严重 serious严重状态的外边界S，表示设备老化到将发生失效，表示用户应尽快进行维修。3.15 状态空间模型 state space model状态空间模型是以隐含时间为自变量的动态时域模型。方程的表达式如下所示。其中，A、B、C、D为系数矩阵，x为状态向量，u为输入向量，y为输出向量。3.16 反演误差 inversion error通过状态空间模型、输入变量和输出变量计算的内部状态变量值与实际测量的内部状态变量之间偏差，计算公式如下：4 试验条件4.1 试验环境要求试验在如下环境条件下进行：a) 温度：040；b) 相对湿度：25%75%；c) 大气压力：86.0kPa106.0kPa。注1：如果有关规范认为在这些大气条件下试验不可行，应将实际试验条件记录在试验报告中。注2：如果对试验结果没有影响，则相对湿度可以忽略。4.2 试验设备要求1）试验环境设备规格参数应分别达到以下规定：a）试验温度能力范围-70+150；b）试验湿度能力范围25%RH98%RH；c）具有快速升降温能力，温变速率不小于5K/min；d）设备振动应力施加能力应满足以下两种情况之一：三轴六自由度振动台：振动带宽范围5Hz5000Hz，振动应力范围要求Z轴应不小于60grms、X轴和Y轴应不小于30grms；电磁振动台：振动带宽范围5Hz2000Hz、推力不小于30kN、加速度不小于80g，能满足图1振动谱型图，振动应力范围方均根加速度（Grms13.56grms）或功率谱密度（W0.20g2/Hz）。图1 随机振动基准谱型图e）盐雾试验设备和溶液应符合GB/T 2423.17-2008的要求。f）当采用其它特殊应力开展可靠性试验时，试验设备应满足相关应力施加的要求。2）试验仪表仪器规格参数应分别达到以下规定：a）断路器特性测试仪测量时间的准确度不应超过±0.05%（分辨率±0.1ms）。b）测量温度用仪表的误差不应超过±1。c）测量时间用仪表：当测量时间大于1s时，相对误差不大于0.1%；测量时间不大于1s时，误差不大于1ms，分辨率不低于0.1ms。d）其他测试仪表的准确度应满足相应标准规定的要求。4.3 试验样机要求高加速寿命试验部件至少包括：分合闸线圈、储能电机、行程开关、辅助开关、接线端子、时间继电器、中间继电器，除非相关规范另有规定，提供的试验部件一般不小于3个。操动机构高温高湿试验、金属件腐蚀盐雾试验样机主要针对高压断路器机构，其中操动机构高温高湿试验样机为3套，金属件腐蚀盐雾试验样机为1套。如因样品尺寸所限，也可采用同设计、同材料、同结构、同工艺且等比例较小尺寸的模拟样机进行试验。测试性试验、维修性试验需将断路器机构安装在本体上开展，除非相关规范另有规定，所有试验均应在1套样机上进行。5 外观检查及功能性试验5.1 外观检查5.1 外观检查检查断路器操动机构整体外观，包括油漆应完好、金属部件基材应无开焊、变形、断裂、锈蚀和松动；检查控制柜上各种信号指示、控制开关的位置应正确，电器元件及二次线应无锈蚀、破损、松脱；检查各类箱门开合及关闭情况应良好，机构箱体进气孔通风应良好，进气孔内侧防尘装置无堵塞。5.2 机械试验5.2.1 机械操作试验机械操作试验应在操动机构及辅助和控制回路的额定电源电压、操作用的额定功能压力进行5次单分操作（O）和单合操作（C）的空载试验，断路器正常动作。5.2.2 时间特性测试1）断路器的分、合闸时间，主、辅触头的配合时间应符合制造厂规定。2）断路器的合-分闸时间应符合制造厂规定。3）除制造厂另有规定外，断路器的分、合闸同期性应满足下列要求：相间合闸不同期不大于5ms；相间分闸不同期不大于3ms；同相各断口间合闸不同期不大于3ms；同相各断口间分闸不同期不大于2ms。5.2.3 速度特性测试1）速度测量方法和测量结果应符合制造厂规定。2）记录空载行程曲线，对比可靠性试验、测试性试验结束后空载行程曲线，空载行程曲线包络线最大允许偏差10%。5.2.4 分合闸电流波形测试1）记录开关设备分/合闸线圈电流波形。2）分析分/合闸线圈顶杆动作前电流峰值和分/合闸操作整个过程电流峰值，两个电流峰值最大偏差应控制在10%以内。5.2.5 电机电流波形测试1）记录断路器储能电机波形。2）电流峰值最大偏差应控制在10%以内。5.2.6 低电压动作测试1）并联合闸脱扣器应能在其交流额定电压的85%110%范围或直流额定电压的80%110%范围内可靠动作；并联分闸脱扣器应能在其额定电源电压的65%120%范围内可靠动作，当电源电压低至额定值的30%或更低时不应脱扣。2）在使用电磁机构时，合闸电磁铁线圈通流时的端电压为操作电压额定值的80%(关合电流峰值等于及大于50kA时为85%)时应可靠动作。3）或按制造厂规定。5.3 辅助和控制回路试验5.3.1 控制回路电阻储能回路、控制回路、加热和驱潮回路，应正常工作，测量各回路电阻并记录。5.3.2 辅助和控制回路绝缘试验采用500V或1000V兆欧表，绝缘电阻要求不低于2M。5.3.3 时间继电器控制时间精度测定延时误差所用的计时仪表，其最小读数值不大于继电器标准规定的绝对值延时误差最低有效值的十分之一。在不影响结果判别的场合，可放宽对仪表精度的要求。1）延时重复误差延时重复误差的相对值不大于5%；2）整定误差a)整定误差用相对值表示，也可以用绝对值表示；b)整定误差相对值不大于5%；c)整定误差绝对值的不大于1s（储能辅助回路用时间继电器）、0.1s（三相不一致回路用时间继电器)；整定误差以实际延时为准，整定误差取相对值与绝对值中的较大值。5.3.4 继电器动作时间继电器动作时间参考JB/T 3780普通中间继电器及GB/T 7261继电器及装置基本试验方法，试验时采用突然施加激励量的方法，观察继电器的动作和返回状况，动作时间由企业产品标准规定，一般满足10ms60ms。5.4 防护等级5.4.1 IP等级GB/T 4208-2017适应。5.4.2 IK等级GB/T 20138适应。5.5 环境控制性能测试对于断路器操动机构中应长期投入的加热器，应确认加热器空开在合闸位置，并采用红外或手触摸等手段检测其应处于加热状态。对于由环境温湿度控制的加热器，也应检查加热器空开在合闸位置，同时检查温湿度控制器达到设定值时应正常启动加热器。厂家对设定值无明确要求时，温度控制器动作值一般不应低于10，湿度控制器动作值一般不应大于80%。6 可靠性试验6.1 元器件高加速寿命试验6.1.1 低温步进试验依据T/CIS 03002.1-2020条款5.2.1执行；判定结果按照具体产品的技术规范。6.1.2 高温步进试验依据T/CIS 03002.1-2020条款5.2.2执行；判定结果按照具体产品的技术规范。6.1.3 快速温变循环试验可按产品实际情况选择两组试验条件之一进行：I组条件：依据GB/T 29309-2012中条款6.9执行（温变速率为40K/min）；II组条件：依据T/CIS 03002.1-2020条款5.2.3执行；（温变速率为10K/min）判定结果按照具体产品的技术规范。6.1.4 振动步进试验依据T/CIS 03002.1-2020条款5.2.4执行；判定结果按照具体产品的技术规范。6.1.5 快速温变循环与振动步进综合试验依据T/CIS 03002.1-2020条款5.2.5执行；判定结果按照具体产品的技术规范。6.1.6 湿热步进极限试验试验方法参照T/CIS 03002.1-2020条款5.3.1.1执行，其中试验恒定温度为70，湿度步进条件为75%RH、85%RH、98%RH；判定结果按照具体产品的技术规范。6.1.7 交变湿热试验试验方法参照T/CIS 03002.1-2020条款5.3.2执行，其中低温高湿的条件为30，98%RH，高温高湿的条件为70，98%RH；判定结果按照具体产品的技术规范。6.1.8 温湿度-振动综合应力试验试验方法参照T/CIS 03002.1-2020条款5.3.3执行，高温高湿的条件为70，98%RH；判定结果按照具体产品的技术规范。6.2 操动机构高温高湿试验6.2.1 试验条件操动机构高温高湿试验的试验样品数量为3台，试验条件参见GB/T 2423.50-2012，提供两种不同的严酷等级和试验时间，如表X所示。表X 高温高湿试验严酷等级和试验条件严酷等级温度/ a相对湿度/% b试验时间/h cI85851000II2000a温度容差：试验箱工作空间内为±2K。b相对湿度容差：±5%。c持续时间容差：。6.2.2 试验方法试验开始前，所有试验样品应按照第5章的规定，进行外观检查及功能性试验。应在6.2.1规定的试验条件下按照GB/T 2423.50-2012的试验Cy方法进行。试验期间，试验样品应通电操作，达到规定的试验条件后，每24h对操作机构进行3次分、合操作，操动机构累积分闸状态不应低于2h，累积合闸状态不应低于21h。试验结束后，所有试验样品应按照第5章的规定，进行外观检查及功能性试验。6.2.3 试验记录及要求对试验情况进行记录，至少包括以下内容：（1）试验样品试验前后的外观状态变化；（2）试验样品试验前后功能性能的变化；（3）第一次出现异常状态所经历的时间。试验前后，所有试验样品应通过外观检查及功能性试验。6.3 金属件腐蚀盐雾试验6.3.1试验条件操动机构盐雾试验的试验样品数量为1台，试验条件参见GB/T 2423.17-2008，提供两种不同的严酷等级和试验时间，如表X所示。表X 盐雾腐蚀试验严酷等级和试验条件严酷等级试验条件试验时间/h aI参照GB/T 2423.17-2008中6.2、6.3、6.4、6.5条款465II930a持续时间容差：。6.3.2试验方法试验开始前，试验样品应按照第5章的规定，进行外观检查及功能性试验。应在6.3.1规定的试验条件下按照GB/T 2423.17-2008的试验方法进行。试验期间，试验样品应通电操作，达到规定的试验条件后，每24小时对操作机构进行6次分、合操作，其中操作机构分闸状态不应低于2h，累积合闸状态不应低于21h。试验结束后，所有试验样品应按照第5章的规定，进行外观检查及功能性试验。6.3.3试验记录及要求对试验情况进行记录，至少包括以下内容：（1）试验样品试验前后的外观状态变化；（2）试验样品试验前后功能性能的变化；（3）第一次出现异常状态所经历的时间。试验前后，所有试验样品应通过外观检查及功能性试验。7 测试性试验7.1 总则7.1.1 试验声明在进行测试性试验前，厂家应声明其设备状态空间模型：（1） 明确设备在运行期间可能变化的输入向量、输出向量和状态向量；（2） 输入向量、输出向量和状态向量的一一映射关系；（3） 在不同的输入向量下状态变量分别处于正常、注意、异常和严重状态时其输出变量的区间。7.1.2 样本选择正常、注意、异常和严重状态的每个区间线性插值3个值，形成3个正常样本，3个注意样本、3个异常样本和3个严重样本。进行试验时，内部状态变量试验模拟的误差应小于相邻区间宽度的12.5%。7.1.3 测试设备测试手段应采用现有常规的预防性测试设备，若制造厂家采用特殊测试设备进行测试，特殊设备应作为断路器的一部分提供给用户。7.1.4 试验程序首先进行正常样品的测试，状态评估参量值应落入厂家事先规定的正常区间内，以证明正常边界值设置是否合理，若不合理，需重新设置边界，重复验证步骤。接着进行严重边界的试验验证，在内部状态变量设置为严重边界值时，不应发生失效，否则设置不合理，重新设置边界，重复验证步骤，直至边界设置合理。之后，进行3个注意样本、3个异常样本和3个严重样本的测试，记录每次内部状态变量值、外部输入变量值和状态变量值，每个样本至少测试三次，计算反演误差。7.2 开合性能检测试验将静弧触头截掉一部分（使静弧触头分别处于正常、注意、异常和严重状态），模拟烧蚀后的状态。用机械特性测试仪或在线监测装置进行测试，记录能否检测出弧触头的状态。触头烧蚀的严重边界确定方法为：弧触头缩短后，在断路器开断过程中，动、静主触头之间不会引弧。7.3 机械性能检测试验7.3.1 模拟铁芯卡涩变异改变线圈复位弹簧（使线圈分别处于正常、注意、异常和严重状态），模拟线圈铁芯卡涩变异，用机械特性测试仪或在线监测装置进行测试，记录能否检测出线圈的状态。线圈卡涩的严重边界确定方法为：线圈卡涩时在低电压的情况下断路器应能可靠动作。7.3.2 模拟铁芯间隙变异改变线圈铁芯间隙（或行程）（使线圈分别处于正常、注意、异常和严重状态），模拟线圈铁芯间隙（或行程）变异，用塞尺、机械特性测试仪或在线监测装置进行测试，记录能否检测出线圈的状态。线圈间隙变异的严重边界确定方法为：线圈间隙变异时在低电压的情况下断路器应能可靠动作。7.3.3 模拟电机过载试验改变机构输出负载（使机械元件分别处于正常、注意、异常和严重状态），模拟机构机械元件卡涩，用机械特性测试仪或在线监测装置进行测试电机载流，记录能否检测出机械元件的状态。电机过载的严重边界确定方法为：使电机输出允许的最大扭矩时的电流值。注：温度对直流电阻的影响正在考虑之中。7.4 绝缘性能检测试验试验样品不设置故障，按照DL617局放试验施加工频电压，通过脉冲电流法进行局放测试，局放量小于5pC，用局放检测仪或在线监测装置进行测试，记录能否检测出绝缘正常状态。在不同气室模拟尖端放电，通过脉冲电流法进行局放测试，把局放量分为三个区间，0pC，5pC)正常，5pC，10pC)异常，大于等于10pC严重。用局放检测仪或在线监测装置进行测试，记录能否检测出绝缘故障状态注意：(1) 测试时，背景噪声不大于 2pC；(2) 在设备能够实现的情况下，故障设置最远为4±0.5m，中间设置为2±0.5m，最近的设置为0.5±0.5m；(3) 每个气室至少设置4个故障样本。7.5 载流性能检测试验7.5.1 控制回路接触不良改变控制回路电阻（使回路电阻分别处于正常、注意、异常和严重状态），模拟回路接线接触不良，用电阻测试仪或在线监测装置进行测试，记录能否检测出回路的接触状态。控制回路电阻严重边界确定方法为：回路电阻使得合闸线圈两端电压降低至85%额定电压（交直流）、分闸线圈两端电压降低至85%额定电压（交流）或者65%额定电压（直流）。7.5.2 主回路接触不良模拟触头过热故障：改变触头发热大小（使触头发热分别处于正常、注意、异常和严重状态），模拟触头载流故障，用红外成像仪或在线监测装置进行测试，记录能否检测出触头载流的状态。触头发热的严重边界确定方法为：内部正常部位导体和故障部位导体温升差T=40K。8 维修性试验按照GJB 2072-94标准规定方法验证平均修复时间，并记录操动机构整体更换的平均修复时间。选取样本数量或模拟故障所进行的维修作业次数不小于30。维修更换的部件的选择依据Q/CSG 1206007-2017 电力设备检修试验规程确定。28