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断路器操动机构动作低电压测试
摘要：本文介绍了断路器操动机构动作低电压测试的原理和意义，分析和指出了低电压测试的方法，并结合笔者检修工作重点分析了典型的低电压测试案例，阐明了低电压测试对状态检修工作的开展和提高设备运行可靠性的关键作用。
关键词：断路器 合闸 分闸 最低动作电压
1 概述
作为断路器特性测试的一个重要的内容，断路器操动机构动作低测试主要是为了验证断路器线圈是否灵敏和可靠，并且还能够测试整个操作机构在非额定动作电压下的性能。操动机构可靠的合闸的时候，通常操动机构的电压是保持在( 85％-110％)un的范围之内的；断路器分闸的电压是大于65％un；另外当断路器的电压小于30％un的时候，断路器是不能够分闸的。最额定操作电压的30%到65%之间是高压断路器操动机构分、合闸电磁铁线圈的最低动作电压，在这个范围之内能够保证断路器的正常的运行，并进行可靠动作。而规定的下限30%主要是考虑的其中的误差值。由于二次直流系统在绝缘不良，高阻接地的情况下，会在断路器分合闸线圈两端引入一个数值不大的直流电压，当线圈动作电压过低时，会引起断路器误分闸，俗称“偷跳”。还有可能会发生分闸的现象，比如当动作电压比较低，断路器在强电的环境下，很容易造成强电磁的干扰，并发生分闸。而有的时候断路器失灵，在事故发生的时候失去保护作用，不能够进行正确的动作，这主要是因为电压过高造成的。
断路器在电网的作用是开断、关合和承载运行中的正常电流，并在规定的时间内关合或开断规定的短路电流。要使断路器能达到这些要求，其操动机构必须长期保持可靠动作，并且动作的速度和时间要满足灭弧特性的要求。但是这几年来操动机构分合闸脱扣器出现的拒动和误动的故障频发，有的已严重影响断路器的正常运行，所以应当引起检修工作人员的足够重视。在2011年的春季预防性试验工作中，将动作低电压测试作为断路器特性试验的必测项目，排除了数次事故隐患。
2 最低动作电压umin的理解和分析
最低动作电压umin一般都在断路器分、合闸回路的两端测试，而《电气设备预防性试验规程》中规定的umin明显是指线圈两端的电压，且umin应是线圈两端而非分、合闸回路两端的额定电压。因此对测试点的选取和对的理解均影响对umin是否合格的判断。分、合闸回路可看作是其它电阻umin(包括分、合闸电阻与电缆等值电阻)与线圈电阻r相串联的回路，则线圈两端电压与回路两端电压成正比。因此一般在分、合闸回路两端测试umin，且以其满足30%-65%额定控制电压来作为线圈的合格判据，这样既能测试umin，又能检测分、合闸回路，且完全符合规程规定的要求。
3 最低动作电压测试方法的分析
umin的现场测试方法一般是在分、合闸回路两端试加电压直至断路器脱扣动作，动作时的电压记为umin。试加电压的方法有两种：①慢加电压法带上分、合闸回路负载，利用调压器慢加电压直至断路器动作，记录此时的umin；②瞬时冲击法先将直流输出调至一定电压(多为下限66v)后瞬时加在分合闸回路两端，如不能动作，再逐步调高电压；如可靠动作，再逐步调低电压，多次调整并瞬时加压，直至断路器恰好能动作，记录此时的u。两种方法中前者不符合断路器动作原理，故u不准。现场检修发现后者所测u一般比前者低；后者所测u合格的10kv vs1型断路器有时甚至在慢加电压至额定控制电压以上时都不能动作。
经过《断路器最低动作电压测试方法的探讨》中对脱扣力和脱扣功的分析得知瞬时冲击时机构脱扣所需的电压比慢加电压时低，但断路器的动作原理是线圈瞬时受电从而使断路器动作，故用瞬时冲击法更能反映此原理，测试的umin也更准确。当然其前提条件均是测试电源的内阻为零。但现场测试时该内阻有时不可能为零，以致对测试结果有很大的影响。为更准确地测定断路器的umin，可采用等效负载法来消除误差。
所以，采用瞬时冲击法对断路器的最低动作电压进行测量，测量仪器为低电压动作箱和断路器特性分析仪。
4 低电压测试案例分析
在预防性试验工作中，通过动作低电压的测试试验，排查出数台低电压动作不合格的设备，尽早的发现了缺陷，避免了恶性停电事故的发生。现将几个典型案例进行技术分析。
4.1 直流电磁铁铁心卡涩：某220kv断路器采用液压操动机构。其合闸线圈采用直线螺管式电磁铁，线圈额定电压是直流220v。断路器检修后做80％的动作电压合闸试验时，却合不了闸。现场检查情况是：液压机构的压力在额定值，排除了低油压力闭锁。用万用电表检查分闸回路电阻110ω(接近线圈直流电阻)，又可排除电气回路的故障。通过进一步检查发现电磁铁铁心不能动作的原因是，电磁铁铁心卡涩。通过调整电磁铁使之灵活后，重新做80％的动作电压试验，断路器合闸正常。如果不做动作电压试验，该缺陷是没办法发现的，一旦投入运行，将会出现动铁心不能动作，还会因线圈长期加电压而被烧毁的故障；即使动铁心能动作，但也会影响合闸时间。
4.2 直流电磁铁工作间隙太大：某110kv六氟化硫断路器，采用弹簧操动机构，线圈额定电压是直流220v。对断路器检修后做65％的动作电压分闸时，却分不了闸。现场检查情况是：sf6气体压力都在额定值，排除了低sf6气体压力闭锁。用万用电表检查合闸回路电阻88ω(接近线圈直流电阻)，又可排除电气回路的故障。通过进一步检查发现电磁铁铁心运动行程为3.7mm(标准为2.8～3.2mm)，可见造成不能动作的原因是动静铁心的工作间隙太大。因为电磁铁的吸力与动静铁心的工作气隙平方成反比，现气隙大，所以磁阻大、吸力小。通过调整动静铁心的行程，重新做65％的动作电压试验，断路器合闸正常。但是这里一定要注意不能把工作间隙调整得太小，太小了电磁铁反而不能动作，只有通过做动作电压试验才能把工作气隙调整在可靠动作范围内。
4.3 线圈匝间短路：某35kv真空断路器采用ct8型弹簧操动机构。其合闸线圈是采用直线螺管式电磁铁，线圈额定电压是直流220v。断路器检修后做80％的动作电压合闸时，却合不了闸。现场检查情况是：弹簧已储能，断路器具备合闸条件，用万用电表检查合闸回路电阻为30ω(标准线圈直流电阻为68ω)。由于直流电阻只有标准值的一半，所以可判断故障原因是线圈匝间短路。如果发生线圈匝间短路，磁通量严重减少会影响电磁铁的吸力，所以动作电压试验时合闸电磁铁不能动作或者动作很慢，无法打开脱扣器。
5 结语
断路器操动机构的最低动作电压测试对及时发现设备缺陷，避免拒分、拒合的恶性事故发生，提高设备运行可靠性意义重大。采用瞬时冲击法对断路器低电压进行测试可以利用预防性试验等停电机会及时、准确、可靠的掌握设备状况，有效地提高设备健康水平，推动状态检修工作的有效开展。
参考文献：
[1]徐国政，张节容，钱家骊.高压断路器原理和应用[m].北京：清华大学出版社，2000.
[2]郭贤珊，李仲夫.断路器“偷跳”分析及改造[j].高电压技术.2000，（1）：57-58．