GIS断路器机械特性测试及风险把控.pdf

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1、GISGIS 断路器机械特性测试及风险把控断路器机械特性测试及风险把控摘要：GIS 断路器的机械特性是反映断路器工作状态及可靠性的重要指标。本文首先对断路器机械特性测试的作业原理进行了概述，并详细介绍了作业过程中应当注意的问题及标准化作业流程，给出了断路器测试过程中应当满足的参数要求，研究指出了断路器分合闸线圈电流监测及断路器操动过程中振动信号监测的必要性，并进一步探究了断路器机械特性测试过程中应当引起重视的人身安全风险把控问题，提出了相关反措。关键词：GIS 断路器；断路器机械特性；断路器监测；人身安全风险把控 0 引言 GIS(Gas Insulated Switehgear)即气体绝缘金

2、属开关设备，由于其占地面积小、运行可靠、便于维护等优点而广泛运行于电力系统中1-3。GIS 断路器是 GIS 的核心部件，关合时可形成通路，开断时可抑制短路电流，当执行关合、开断功能时，来自操纵机构的能量，极快速地通过机械部件的起动、制动、撞击运动，实现瞬时关合与开断。此能量传递模式中，其内部机械部件的高速运动和高速撞击产生振动，造成短时间内高强度的冲击力，在制动阶段和缓冲阶段的撞击尤为猛烈4-6。在实际运行中，为配合电力系统运行方式改变、设备停电检修维护、继电保护装置隔离故障等工况，GIS 断路器分合闸操作频率十分高。因此，在长时间的运行中，GIS 断路器将发生机械部件方面的松动与位移。而机

3、械部件方面的松动与位移又将影响 GIS 断路器分、合闸功能的正常执行，据国内运行经验，在断路器事故中，属于机械原因造成的占第一位，故现场对此应予以足够的重视。而一旦发生 GIS 断路器机械性能退化的事件，GIS 的全密封结构使得故障定位及缺陷检修变得困难和繁杂，导致平均停电检修时间比常规设备长，停电范围大，影响电网的安全稳定运行。因此，周期性地对 GIS 断路器进行机械特性测试，准确地预知其分、合闸速度等机械性能，就显得尤为重要。此外，市场上常见的断路器机械特性测试仪在对高压断路器检测时，高压断路器必须有一端悬空，使得作业过程存在人员触电的作业风险。因此，对机械特性测试作业过程中可能出现的作业

4、质量和人身安全风险提前进行把控，具有重要的意义7-10。1 作业原理断路器分合闸的时间、速度、不同期程度以及线圈的动作电压等机械特性，直接影响断路器的关合、开断性能，当分合闸严重不同期，将造成线路或变压器的非全相接入或切断，产生危害绝缘的过电压，对继电保护、自动重合闸装置以及电网的安全稳定运行带来极大的影响。断路器的机械特性试验，应符合制造厂规定，否则须进行检修处理。其中最重要的参数就是时间、速度以及动作电压。为此，为了获取断路器的机械特性，必须采集动作时间、动作行程以及动作电压等数据。以汉迪机械特性测试仪为例，现场作业时，将机械特性测试仪输出的电压，通过试验线，连接到 GIS 断路器的线圈两

5、侧，通过手动调节机械特性测试仪的输出电压按钮，使施加到线圈两侧的电压由零逐渐增加至设备动作，记录此时的电压数值，即可获取动作电压。将机械特性测试仪的断口时间测量通道与 GIS 断路器的 A、B、C 相连接，即可获取动作时间，将速度传感器一端连于设备的传动连杆，一端与机械特性测试仪的速度传感器信号输入端子相连，即可获取动作速度。为更全面了解断路器的机械性能，还应对其分合闸线圈电流，操动机构特性、触头行程、振动信号等物理量及电气量进行监测。2 作业过程为了准确地获取相关的 GIS 断路器机械特性数据，须按照规范流程进行该项作业。作业前，须保证相关工具和仪器的性能正常，即对断路器机械特性测试仪进行通

6、电检查正常并确认在试验合格有效期内，对接地线、试验导线等进行外观检查完好并确认在试验合格有效期内。其次，作业人员应清楚工作任务、周围设备带电情况、作业环境，并按规范办理作业手续，确定现场安全措施符合作业要求，准备该 GIS 断路器上次的机械特性测试报告，以便分析该次机械特性测试结果。2.1 现场作业标准步骤现场 GIS 断路器机械特性测量的作业标准步骤如下：1）工作人员将机械特性测试仪可靠接地；2）将试验导线接于待测 GIS 断路器测量部位并确认接线牢固；3）将 GIS 断路器的回路引线分别接入机械特性测试仪的相应端子；4）启动测量；5）正确记录数据；6）测量结束后断开电源；7）拆除试验导线和

7、接地线；8）记录测量结果；9）检查确认设备及现场安全措施恢复到工作前的状态；10）确保接地接触良好，必要时使用万用表测量，检查无遗漏；11）拆除试验电源，将仪器、工具、材料等搬离现场；12）检查被测 GIS 断路器是否恢复到作业前的状态，检查无遗漏；13）核对拆除的短路线数量；14）确保接地接触良好，检查无遗漏；15）拆除试验电源，检查确定所有手工具以及测试设备是否整理完毕后，工作人员以及仪器、工具撤离现场。2.2 断路器分合闸要求根据电网运行规程，断路器各机械特性应符合如表 1 所示要求：表 1 GIS 断路器分合闸电磁铁动作电压将测取到的动作电压及动作速度等数据与规程要求的标准参数进行离散

8、性分析，可获取当前断路器的机械性能及检修状态等信息。3 断路器机械特性监测指标当前关于断路器机械特性监测指标的研究文献较多，但目前具有较强实用性的指标主要是断路器分合闸线路电流及操动过程中的振动信号，通过对这两项指标进行监测，能大大降低断路器发生故障的概率，提高运行可靠性。3.1 断路器分合闸线圈电流监测当前高压断路器通常采用电磁操动机构，由直流电源对分合闸线圈进行供电。经验表明，断路器的分合闸线圈电流可以作为断路器机械故障的诊断信息。在分合闸过程中，线圈电流的波形大致可分为五个阶段，并且每一个阶段的变化规律及趋势都不一样，通过对断路器动作时刻电流波形的采集、对比、分析诊断，比较电流波形与标准

9、波形之间的变化差异，能够及时发现断路器的潜在缺陷，实现故障的准确定位。3.2 操动过程振动信号监测高压断路器动作过程中，部件间因运动而发生摩擦和撞击，产生不同频率的振动子波。这些多重振源的振动子波，沿断路器机械结构传播，在测点汇集成多分量振动信号。机械结构和部件运动特性的变化将影响到振动信号的形状、频率等特性，因此，振动信号时频特性蕴含有断路器机械结构和部件运动特性的信息11。断路器操动过程中，其振动信号在金属部件中进行传播时，衰减程度并不大，因而可根据实际测量过程中的需求，合理选取振动信号的测点即可。振动信号幅度是否正常，振动频率是否符合要求等，都能反映出断路器机械性能的优劣，由此可安排相应

10、的检修工作，以确保设备的安全可靠运行。此外，采用振动信号对断路器的机械特性进行诊断，能够很好地解决高压隔离问题，也是实现 GIS 断路器非侵入式状态监测的重要手段。4 安全风险把控 GIS 断路器的机械性能测试，必须严格按照测试流程进行，处理不当不仅会带来严重的安全隐患，更有可能危及操作人员的生命财产安全，因此必须进行风险把控，处理好规范好每一个细节，明确操作过程中的禁止事项，以确保测试工作安全、可靠地进行。4.1 操作细节规范化处理作业流程方面，每次接线后，须确认接线牢固，方能采集试验数据；试验导线须按照规范连接至正确位置，方能正确采集试验数据，如获取 GIS 断路器分合闸动作电压前，须通过

11、试验导线将正输出电压连接至线圈的进线侧，负输出电压连接至线圈的出线。数据记录方面，数据记录须清晰，每次试验，均记录该次的动作电压以及相应的分合闸速度；数据记录须完整，当待试验 GIS 设备为 220kV 及以上电压等级，则该 GIS 断路器具备两个分闸回路，应记录两个回路的机械特性测试数据。安全准备工作方面，首先是要保证被试 GIS 断路器处于停电状态，两端接地刀闸须可靠接地。并用裸铜线将机械特性测试仪的金属接地柱与大地可靠连接，该过程须戴绝缘手套进行操作。现场接线时，须用地线将三相断路器的动触头短接，然后与仪器金属接地柱可靠连接。再接开关断口线。对于感应电很强的 220kV、500kV 等高

12、压断路器，现场接线要戴上绝缘手套。作业人员确认试验导线连接正确，呼唱并确认安全距离足够后，启动测量。试验完成后，先关闭仪器电源，合上开关两端地刀，拆除仪器分合闸控制线、断口线、速度传感器及信号线、开关动触头的短接线，最后拆除保护地线。恢复现场，结束试验。4.2 测试操作事故点及预防断路器机械特性测试过程常常因为操作不当而引发操作事故，危及操作人员的人身安全。现场中常见的 3 种事故及反措如下：事故点 1：拆、装交直流电源时，操作不当引发短路，灼伤操作人员。反措：1）严禁越过熔丝接电源；2）电源线不得被辗、被砸、被压，长度适当。事故点 2：进行机械参数调整时，人员配合不协调碰伤面部和手、脚反措：

13、1）测试人员和操作人协商好，由测试人发令；2）严禁将手脚踩放在传动部位的可动部件上；3）测量时头部和手不得接近测量杆。事故点 3：进行电气参数实验时，低压触电；反措：1）测试仪器，仪表的电源接头应绝缘良好。2）测速时禁止用手扶持。3）进行主回路电阻值和泄漏电流值测定时，其它本体的作业须停止，作业人员撤离工作位置。5 结语 GIS 断路器依靠其机械部件的正确动作来完成其职能，因而每个组成部件的机械可靠性极为重要。本文从断路器机械特性测试的操作流程入手，着重分析测试过程中应当注意的问题，并提出对断路器分合闸线圈电流及断路器操动过程中振动信号进行监测以确保断路器的安全可靠运行。最后，本文对测试过程中

14、的风险把控问题进行了探究，指出了操作过程中应当必须规范的细节以及预防常见事故的相关措施。参考文献 References 1刘青,王乐,刘鹏.GIS 断路器动作产生辐射电场的测量研究J.高压电器,2017,53(02):166-171.2巫环科.GIS 设备在东莞地区运行研究D.华南理工大学,2012.3陈林东.GIS 设备缺陷分析及检测技术研究D.华南理工大学,2012.4王忠孝.高压断路器合阐能力及操作性能J.经济技术协作信息，2014，（5）：26-29.5舒少龙.基于力信号处理的断路器机械特性研究D.浙江大学,2014.6孙江涛.基于 ATmega16 的断路器机械特性测试仪的研制D.大连理工大学,2009.7郎福成.真空断路器机械特性在线监测D.沈阳工业大学,2005.8刘艳,陈丽安.基于 SOM 的真空断路器机械故障诊断J.电工技术学报,2017,32(05):49-54.9杜永平.高压断路器检修与技改项目的最优策略研究D.华北电力大学（北京）,2010.10熊小伏,刘松,张南辉等.计及检修过程随机性影响的断路器检修决策方法J/OL.电力自动化设备,2016,36(10):127-133.11常广.高压断路器振动监测与故障诊断的研究D.北京交通大学,2013.职创项目：带双地刀机械特性测试的研制，项目编码：031900KK52170120