高压开关机械特性双端接地测量方法

高压开关机械特性双端接地测量方法

胡龙涛,朱允筹,刘麒胜

贵州北盘江电力股份有限公司马马崖分公司 561301

摘要：随着现代化城市建设进程不断推进，对电力系统提出更高要求，为更好满足社会生产生活对电力资源的需求，必须加强电力系统检修，确保各个环节安全可靠。而高压开关作为电网重要能量切换、系统保护元件，高压开关是否安全稳定运行，将直接影响整个电网安全。为此，本文主要分析了高压开关机械特性现场测试中需要解决的问题以及高压开关机械特性双端接地测量方法，致力于全面提高高压开关安全运行效率。

关键词：电力系统；高压开关；水力发电厂；GIS断路器；测量方法

引言：分析电力系统变电站高压开关机械特性试验可知，主要包含了高压开关分合闸时间、同期性，还有辅助断口的合闸电阻值、预插入时间等项目。这些指标会直接影响开关灭弧性能，对系统稳定性具有重要影响，因此，在检修高压开关过程中，这些项目是必测项目。为提高现场测试安全性，提高设备可靠性，本文提出在高压开关断口双端接地时对各项特性进行试验，这一方法可以很好满足变电站规定，确保高压开关检修过程中两端接地要求，切实提高检修工作安全性。由此可见，依托高压开关双端接地测试系统作用，可以大大缩短检修试验时间，有助于提高工作效率，提高工作质量。

一、研究背景

根据电力系统110kV及以上级高压开关设置情况看，由于过密布设，导致待测高压开关设备受到运行设备的影响，主要就是产生感应电压，从该电压情况看，一般会达到20kV或者更高。这种情况下，检修测试人员容易遇到人身安全问题，并且依照电力系统相关现场作业安全规定，在检修高压开关过程中，为保证安全性，必须确保两端通过地刀安全保护接地。主要是因为高压开关接地后，受到安全保护接地影响，致使其电气上的短接，直接影响时间测试，所以需要打开安全地刀进行强行测试，才能进行现场参数测量，而这一过程往往会对仪器、工作人员造成人身伤害，同时，测量精度也会受到影响[1]。针对此，为更好解决此问题，应当深入探究如何在高压开关两端电气安全保护接地下，利用新型高压开关断口测试方法，确保方法、设备统一性，同时使得接线、操作更加简单可靠，提高安全性。

二、高压开关机械特性现场测试中需要解决的问题

（一）工频感应高电压容易引发安全问题

分析高压开关机械特性测试信号可知，电源一般是十几伏直流电源，当高压开关处于断口状态时，变电站带电设备对其产生的工频感应电压，往往达到数千伏。由于受到感应高电压影响，极易发生击穿、烧毁测试所用信号直流电源、测试装置情况，进而直接危害测试仪器操作人员安全性，导致引线操作人员发生感应电触电风险，这一问题需要引起注意。

（二）现场测试操作极易引发安全事故

一般情况下，高压开关两侧在实际运行过程中，主要呈现出高电压情况，并且两侧主要借助支柱、绝缘子进行衔接，与地面距离几米，还有些距离十几米。为此，在现场操作过程中，测试人员往往需要登高操作，稍有不慎，极易发生坠落风险。此外，若是工作人员顺延高压开关绝缘子登高，也容易损害绝缘，引发安全事故[2]。

（三）老旧现场测试工作效率较低

分析以往传统测试方法，不难发现，一般是在高压开关断口两侧，进行测试引线的连接，若是多断口情况，如双断口高压开关，往往需要工作人员进行攀登，站在高处连接、拆除多条测试引线，此种工作方式不仅容易引发安全问题，而且工作效率也非常低。

在现场实际测试时，主要由变电站控制中心需要发挥作用，对接地刀闸的分闸、合闸进行控制，而这一过程中无论是开票，还是安全措施，都需要较长时间，并且测试效率也无法进一步提升。且流程时间长，影响测试效率。

三、高压开关机械特性双端接地测试方法

（一） 高压开关断口双端接地消除电磁干扰

在高压开关机械特性现场测试过程中，极易产生电磁干扰，分析可知，主要是开关断口一侧接地刀闸处于打开状态后，会出现感应电压传导路径。如图1所示，为了排除这种感应高电压，应当让接地刀闸3闭合，同时使开关断口A、B两端接地，进而实现A、B点电压处于零电位状态，以此提高安全性[3]。

图1合上接地刀闸3使A点接大地，处于安全零电位

（二）高压开关断口状态判断方法的发展

首先，在判断高压开关断口状态时，最早应用的是传统直流电压法，该方法在实际应用过程中，主要就是将一侧接地刀闸打开（图1测量点A位置），根据其电位变化情况，判断出断口分闸、合闸，进而测量断口机械特性。可若想消除工频感应高电压带来的不良影响，必须保证高压开关断口两侧处于接地状态，此时若还是测量点A电平，将不会产生任何变化，而这种方法已经无法满足该需求。

其次，断口电阻法。以图2为例，将直流电源Vss施加在高压开关断口位置，其中Rs为限流电阻。为了测得断口间电压U和回路电流I，可以分别使用电压表、电流表进行测量，并计算得出电阻R：。分析可知，由于大地电阻具有不确定性，所以高压开关断口1打开测得的电阻Rf，以及高压开关断口1合上测得的电阻Rh，并没有较大变化

[4]，以致于在现场测量过程中，经常容易判断错误断口状态。而且作业人员需要登高操作，才能完成断口两端连接测试引线操作，极易引发作业安全问题，并且测试工作整体效率非常低。

图2 断口电阻法原理接线示意图

最后，在不断发展中，技术研究人员提出使用电流法，对高压开关断口状态进行分析判断。将直流电压施加在高压开关断口两端，在无需登高作业基础上便可完成引线连接，此种操作不会产生任何特征量变化，所以必须找出明显变化特征量。如图3所示，闭合高压开关断流，则断口产生的电流I是固定值，若是高压开关断口处于打开状态，此时电流为零。可见，在断口分闸、合闸过程中，电流发生了明显变化，其中最为重要的就是，如何将测量电源、测量电流信号I施加在高压开关双端接地中。

图3 电流法分析断口状态

（三）高压开关机械特性双端测试方法

分析高压开关机械特性双端测试方法可知，主要就是借助电流信号，对开关断口分闸、合闸进行分析，其中最为关键的就是，运用科学方法施加测试电源，让其形成电流回路，同时也更好测量出开关断口位置流过的电流信号情况。施加双端接地测试电源后，需要测量、分析出双端接地测试电流信号。具体方法就是将钳形电流取样器，直接套在接地刀闸通流本体上，用于获取二次单匝导体的感应电流。当测试到电磁耦合电流后，需要完成高速采样录波，获取到相关电流信号波形。如果高压开关断口处于分闸、合闸状态时，对应电流回路情况不同，其中闭合状态会产生电磁耦合电流。若是电流波形消失，则触头分断，若是建立电流波形，则说明触头导通[5]。

结束语：

综上所述，高压开关机械特性双端接地测量方法的应用，不仅达到了变电站安全规定，实现高压开关检修两端安全接地，同时也进一步提高了检修工作安全性，值得广泛应用。

参考文献：

[1]熊舟,廖诗宇.基于双端接地技术的500 kV GIS断路器机械特性测量研究[J].水电站机电技术,2022,45(07):27-29+48.

[2]廖婧,李威,邓维,刘潮,朱传华,黄江岸.双端接地条件下GIS断路器机械动作特性试验研究[J].电工技术,2022(09):128-131.

[3]林忠立.双端接地条件下断路器时间特性测试创新方法研究[J].科技创新与应用,2021,11(31):15-19.

[4]吕泽承,苏毅,陈庆发.利用双端接地技术测量高压断路器回路电阻方法探讨[J].广西电力,2021,44(03):41-45

[5]兰炜,王啸峰.基于双端接地的高压断路器机械特性校验方法研究[J].机电信息,2018(36):64-65+67.