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第八章高压开关设备的试验、监测和诊断方瑞明博士/教授8.1概述高压开关设备是电力系统中重要的控制和保护设备。在电力系统工作的高压开关设备应满足灭弧、绝缘、发热和电动力方面的一般要求。目前的维修方式一以定期维修为主，事后维修为辅，并向状态维修方式过渡。CIGREWG1306分别在1974-1977、1988-1991年对世界范围内的高压断路器的可靠性进行了两次调查，结果表明：只有6.1%和4.7%的主要故障、2.6%和25.1%的次要故障在例行检修中被发现；而同时有2.8%和8.1%的主要故障、2.6%和4.6%的次要故障是由于不正确的修理造成。变电站半数以上的维修费用用于断路器，其中60%用于断路器的大修。8.1概述8.2高压开关设备的绝缘预防性试验一、绝缘电阻测量测量绝缘电阻是所有型式断路器试验中的基本项目。对于真空断路器、压缩空气断路器和SF6断路器，主要测量支持瓷套、拉杆等一次回路对地绝缘电阻，一般使用2500V兆欧表，其值应大于5000MΩ。对35kV以下包含有绝缘子和绝缘拐臂的绝缘；在断路器分闸状态下，主要检查各断口之间的绝缘以及内部灭弧室是否受潮或烧伤。一、绝缘电阻测量控制回路和辅助回路的绝缘电阻测量，首先要做好必要的安全措施，然后使用500V或1000V兆欧表进行测试，其值应大于2MΩ。对于500kV断路器，应用1000V兆欧表，其值应大于2MΩ。根据兆欧表测量的读数结合绝缘材料的种类，可以初步判别其吸潮、清洁度、绝缘性能，从而可初步决定设备缺陷的程度。兆欧表测试合格后才允许选择（根据设备种类、电压高低）后面所述其他方法作真实性考核。二、介质损耗角正切测量1.多油断路器主要检查油箱内部绝缘部件，如灭弧室、缘拉杆、绝缘围屏、绝缘油等和35kv及以上非纯瓷套管的绝缘状况。一般先应在分闸状态下测量每只套管的tanδ，若超标或显著增大时，应落下油箱或放油，进行分解试验，找出缺陷。对于断路器整体的tanδ是建立在套管标准基础上的，故非纯瓷套管断路器的tanδ可比同型号套管单独的tanδ增大些，其增加值见右表。二、介质损耗角正切测量2.少油断路器和其他断路器它们的绝缘结构中没有电容型套管受潮的影响，虽少油断路器的瓷套中充有绝缘油，但由于断路器本身电容量很小(仅10～几十皮法)，加之测试设备、电场干扰等因素影响，使测量数据的分散性较大，难以判断其规律性，不能有效地发现绝缘缺陷，因此现在整体一般不做此项试验。但对于有并联电容器的，则需测量并联电容器的电容值和tanδ值断路器断口间并联电容器电容量和介质损耗因数诊断：并联电容器电容量绝缘缺陷标准：电容量初值差不超过±5%（警示值）介质损耗因数：油浸纸≤0.005膜纸复合≤0.0025（注意值）注意：电容量应符合制造商要求与同类电容器比，电容量应无显著性差异三、泄漏电流测量测量泄漏电流是35kV及以上少油断路器和压缩空气断路器的重要试验项目之一。它较能灵敏地发现断路器瓷套外表危及绝缘的严重污秽；绝缘拉杆和绝缘油受潮；少油断路器灭弧室受潮、劣化和碳化物过多等缺陷；压缩空气断路器因压缩空气相对湿度增高而带进潮气，使管内壁和导气管凝露等缺陷。多油断路器解体时，其拉杆可进行该项试验。三、泄漏电流测量对少油断路器和压缩空气断路器，在分闸位置按图示的接线方式进行加压试验，即进出线端接地，试验电压加在中间三角箱处。若泄漏电流超标时，则分别对每一部件进行分解试验，检查绝缘是否符合要求，从而确定缺陷部件，直流试验电压见下页表。三、泄漏电流测量泄漏电流一般不大于10μA，对于252kV及以上少油断路器提升杆（含支持瓷套）的泄漏电流大于5μA时，就应引起注意。直流试验电压规定如下：三、泄漏电流测量为使测量准确可靠，各次试验有较好的可比性和规律性，在试验中应注意以下几点：适当采用较大线径的多股绝缘软线或屏蔽线作引线，且尽量短，以减少杂散电流的影响；引线连接处，选用光滑无棱角的导体(如小铜球)进行连接，以减少电晕损失带来的影响；，保持一定的升压速度。对稳压电容要充分放电，并使每次放电的时间大致相等，以减少因电容充电电流的不同，引起的泄漏电流读数的偏差；高压直流输出端应并联不小于0.0lμF的稳压电容，否则会引起测量值偏低。四、交流耐压试验最有效和最直接的试验项目，该项试验应在其他绝缘试验项目通过后进行。对过滤和新加油的断路器一般需静止3h左右，等油中气泡全部逸出后才能进行。气体断路器应在最低允许气压下进行试验，才容易发现内部绝缘缺陷。应在分、合闸状态下分别进行（合闸状态主要鉴定相对地以及相间地绝缘状况，分闸状态主要鉴定端口间绝缘状况）；四、交流耐压试验对核心部件或主体进行解体性检修之后，或必要时，进行本项试验。包括相对地（合闸状态）、断口间（分闸状态）和相邻相间三种方式。试验电压为出厂试验值的80%，频率不超过400Hz，耐压时间为60s，四、交流耐压试验交流耐压试验电压规定如下：对于断路器辅助回路和控制回路的交流耐压试验，试验电压为2kV.五、测量导电回路电阻断路器导电回路的电阻主要取决于断路器的动、静触头间的接触电阻，接触电阻又由收缩电阻和表面电阻两部分组成。由于两个导体接触时，因其表面非绝对的光滑、平坦，只能在其表面的一些点上接触，使导体中的电流线在这些接触处剧烈收缩，实际接触面积大大缩小，而使电阻增加，此原因引起的接触电阻称为收缩电阻。另由于各导体的接触面因氧化、硫化等各种原因会存在一层薄膜，该膜使接触过渡区域的电阻增大，此原因引起的接触电阻称为表面电阻(或膜电阻)。接触电阻的存在，增加了导体在通电时的损耗，使接触处的温度升高，其值的大小直接影响正常工作时的载流能力，在一定程度上影响短路电流的切断能力，也是反映安装检修质量的重要数据。五、测量导电回路电阻主回路电阻测量诊断：主回路电气接触情况是否良好标准：≤制造商规定值（注意值）=满足制造商技术文件要求注意：100次分合操作与基准周期先到者长时间未操作时，注意前三次操作分散性五、测量导电回路电阻断路器导电回路电阻的测量，是在断路器处于合闸状态下进行的，其测量接线如图所示。它是采用直流电压降法进行测量。常用的测量方式有电压降法(电流一电压表法)和微欧仪法。五、测量导电回路电阻1．电压降法在被测回路中，通以直流电流时，在回路接触电阻上将产生电压降，测出通过回路的电流值及被测回路上的电压降，根据欧姆定律计算出接触电阻。其中：①回路通入的直流电流(至少应是单相全波整流)值不小于100A；②测量应选用反映平均值(如电磁式)的仪表，测量表计等的精度不低于0.5级；③毫伏表接在被测回路端内侧，在电源回路接通后再接入，并防止测量中断路器突然分闸或测量回路突然开断损坏毫伏表。五、测量导电回路电阻2．微欧仪法微欧仪的工作原理仍是直流电压降法，通常采用交流220V电压经整流后，通过开关电路转换为高频电流，最后再整流为100A的低压直流，用作测量电源。具有自动恒流，并数显测试电流值和回路电阻值。测量时，微欧仪内的标准电阻分流器(Rdi与被测回路电阻(Rx)呈串联关系，有Ux／Rx=Udi/Rdi=I，Rx=(Ux/Udi)Rdi，所以即使测量通入的电流值稍有偏离100A，也不影响测量结果。使用微欧仪时，也应将电压测量线(细线)接内侧，电流引线(粗线)接外侧。五、测量导电回路电阻由前述可知，断路器触头的接触电阻是由表面电阻(膜电阻)和收缩电阻组成的。当使用双臂电桥进行断路器导电回路电阻的测量时，由于双臂电桥测量回路通过的是微弱的电流，难以消除电阻较大的氧化膜，测出的电阻示值偏大，但氧化膜在大电流下很容易被烧坏，不妨碍正常电流通过。又当触头因调整不当(如触头压力变化)、运行中发生变化或触头烧损严重等使有效接触面积减小时，双臂电桥的微弱电流，在其接触处不会产生收缩，即无法测出收缩电阻，而在大电流或正常工作电流通过时，就会使该接触处的电阻增加，引起触头的过度发热和加速氧化。五、测量导电回路电阻对此，GB38763—90《交流高压电器在长期工作时的发热》、DL405—91《进口220～500kV高压断路器和隔离开关技术规范》等标准均已明确规定：测试采用直流电压降法，通入的电流不得小于100A。所以电桥法和直流电压降法的测量结果是有差别的，而直流压降法更能反映断路器的实际工作状况。六、红外热像检测用红外热像仪检测开关触头等电气连接部位，红外热像图显示应无异常温升、温差和/或相对温差。判断时，应考虑检测前3小时内的负荷电流及其变化情况。案例分析某变电站6kV开关设备，使用红外测温仪进行红外测温时发现B相触头壳体部位温度为45.860Ｃ，根据开关结构判断该开关内部接触不良，加强监测；再次进行红外测温时，该部位温度上升为70.890Ｃ，判断：开关动静触头接触不良，停运维修；测量开关触头接触电阻为8.09mΩ，正常时应小于90μΩ；解体后，发现静触头座接触面被烧蚀，其他部位为出现过热痕迹。经过处理后，接触电阻降为53μΩ。投入运行，B相触头壳体部位温度正常。8.3高压开关设备的机械试验一般情况下，高压断路器的机械试验包括机械操作试验、机械特性试验、机械寿命试验和接线端子静拉力试验。在现场试验中，主要包括了机械操作与机械特性两个部分。一、高压断路器的机械操作试验机械操作试验是断路器处于空载(即主回路没有电压和电流)的情况下，按照规定条件进行各种操作，验证其机械性能及操作可靠性的试验。高压断路器按其绝缘和灭弧介质的不同可分为油、真空、六氟化硫等类型，它所配用的操作机构有电磁、弹簧、气动和液压等种类。这些种类断路器本体和操作机构可以组成各种各样的断路器，它们的机械操作试验项目不完全相同。下面仅讨论操作试验项目的基本内容和要求。8.3高压开关设备的机械试验一、高压断路器的机械操作试验对每一种配上操作机构进行分合闸操作的断路器，必须给电磁铁一个控制电压，有的还有储能所用的电源电压、储能的气体压力和液压油的压力等。由于现场实际使用中供给断路器操作机构的电源电压和储能的气压或油压，不可能稳定在额定值，而是在一定范围内变化。因此，要求断路器在电压、气压和油压变化范围内也能够正常操作。国家标准及电力行业标准对操作能源变化范围作了如下规定：储能用的电源电压为额定电压的85％～110％时应可靠储能。当操作控制电压为交流电压，数值为额定电压的85％～110％时，断路器应可靠合闸和分闸。当采用直流操作控制，操作控制电压为额定电压的80％～110％时，断路器应可靠合闸；为额定电压的65％～120％时，断路器应可靠分闸。此外，当操作控制电压在额定电压的30％以下时，断路器应不能分闸。对于气动机构，当储能的气体压力为额定压力的85％～110％时，断路器应可靠分闸和合闸。液压机构的油压变化范围应符合制造厂规定。对于进口设备，其操作能源变化范围应符合制造厂的规定。8.3高压开关设备的机械试验一、高压断路器的机械操作试验诊断：操动机构功能标准：增加了机械方面的检查和保养内容增加了储能电机工作电压的要求注意：长时间未操作时，注意前三次操作时间特性的分散性8.3高压开关设备的机械试验二、高压断路器的机械特性试验断路器的分、合闸速度，分、合闸时间，分、合闸不同期程度，以及分合闸线圈的动作电压，直接影响断路器的关合和开断性能。断路器只有保证适当的分、合闸速度，才能充分发挥其开断电流的能力，以及减小合闸过程中预击穿造成的触头电磨损及避免发生触头熔焊。断路器刚分速度的降低将使燃弧时间增加，特别是在切断短路故障时．可能使触头烧损。而刚合速度的降低，若合闸于短路故障时，由于阻碍触头关合电动力的作用，将引起触头振动或使其处于停滞状态，同样容易引起爆炸特别是在自动重合闸不成功情况下更是如此。反之，速度过高，将使运动机构受到过度的机械应力，造成个别部件损坏或使用寿命缩短。同时，由于强烈的机械冲击和振动，还将使触头弹跳时间加长。8.3高压开关设备的机械试验二、高压断路器的机械特性试验断路器分、合闸严重不