测试双端接地断路器

GIS 断路器双端接地条件下动作时间测量

断路器双端接地

中高压断路器在现场进行测试时为保证人身和设备安全，降低从运行设备感应过来的电压，只在一侧接地通常不够（断路器开断时非接地侧是悬浮的），需要将断路器两侧的接地闸刀合上，形成双端接地。

2. 双端接地条件下的断路器动作时间测量

断路器动作时间测量是断路器交接、维护试验中的基本且重要的测试项目，包括合闸时间、分闸时间、分-合-分时间等。时间的定义根据标准是指自发出分/合闸命令到断路器弧触头分开/闭合的时间间隔，并非电弧熄灭/起燃的时间。

        如何判定断路器弧触头的分/合时刻，目前主流的断路器测试仪多采用电阻判据。即根据断路器触头在分合闸过程中处于不同的位置时所呈现电阻的不同进行区分：主触头接触时电阻在十几到几十微欧的水平，主触头分开弧触头接触时大约在几百微欧，弧触头分离后电阻迅速上升为无穷大。通常从断路器分合闸过程的动态电阻曲线上可以比较明显的看出这三个阶段，但具体的分合时刻的判定还取决于设定的电阻门槛值和算法（比如考虑曲线的斜率变化率）。

为测量断路器触头电阻，需要测试仪在断路器断口两侧施加大电流（<100A）, 同时按四线法测量断口电压。对于双端接地的断路器，接地回路与断路器主回路（断口）并联，测得的电阻也就是两个回路电阻的并联。

      对于带引线的非GIS断路器（如图1），两侧接地刀接在变电站接地网上，接地网的电阻是几个毫欧或十几毫欧的水平，断路器主回路关合状态的电阻小于1毫欧，分断状态的电阻无穷大，所以接地网的电阻对分合时刻的判断影响很小，用电阻判据绝大多数情况下是可以准确的测量到断路器动作时间。

      GIS断路器则不然，接地刀直接将断路器导电杆连接到GIS壳体上，壳体始终是接地的，其电阻也在微欧的水平，由于测得的电阻变化很小，就很难准确的判断出断路器分合闸的时刻。

3.   测试方案

      为解决GIS断路器双端接地条件下断路器动作时间测量的难题，不同的厂家提出了不同的解决方案。

      一种方法是采用铁氧体附件安装在接地刀上，使接地回路的电阻增大。

这种方法的问题是铁氧体附件的尺寸和形状是固定的，GIS断路器接地刀往往无法满足安装要求，比如：

      另一个不同的思路，是使用罗氏线圈：

1）向双端接地的GIS断路器注入200A大电流。

2）将柔性罗氏线圈绕在接地刀内测（断路器主触头回路）或者是接地回路上，检测回路上的电流变化。

断路器的分合状态变化一定会引起电流分布从一个稳定状态变化到另一个稳定状态，罗氏线圈可以灵敏的捕捉到这个变化的时刻，从而测量到断路器动作时间。为提高灵敏度，柔性罗氏线圈在条件允许的情况还可以多绕一圈。

罗氏线圈是柔性的，可以方便的缠绕在接地刀的铜柱或者接地铜排上，受安装空间和尺寸的影响比较小，适用范围比较广。

4. 现场测试案例一

35kV GIS断路器，三相联动。更换弹簧操作机构，调整过程中需要测量分/合闸时间。

图中红框标出的即接地刀引出至接地铜排的位置，铜排紧贴绝缘子，即使是柔性罗氏线圈也无法插入环绕，只能绕在如箭头所示的接地铜排上。电流注入亦是直接加在接地铜排上。这样的接线方式意味至不能直接测量到断路器主触头回路的电流变化，但是在接地铜排上依然存在电流的变化，会被罗氏线圈捕捉到。

罗氏线圈测量的是接地铜排上的电流变化，断路器动作时刻的波形明显区别于其他信号，因此可以准确有效的测量分/合闸时间。

5.   现场测试案例二

220kV GIS 断路器（已运行40余年），分相操作，压缩空气操作机构检修后测量动作时间。

罗氏线圈安装位置测量到的是断路器主触头的电流变化。

电流变化清晰的标记出断路器动作的时刻。

6.   结论

       这种测试方案使用的柔性罗氏线圈基本不受现场安装条件的限制，解决了GIS断路器双端接地条件下的动作时间测量难题，且方便准确。