megger TM1700断路器分析系统应用实例

第一次跳闸测试
当一条 输电线或配电线发生故障时，断路器必须通过断开电路或跳闸，来快速和有效地清除故障，使故障与电源隔离。快速的跳闸使得大故障电流对昂贵的设
备的损害甚至发生安全事故的危害限制在一定的范围内。这就是为什么测试断路器是如此的重要，你可以知道它们是否会正确地动作。

为什么要捕捉第一次跳闸
断路器测试可以通过许多方法进行，但是最重要的是测试主触点的动作时间，这直接反映了断路器的跳闸时间。对运行中的断路器进行时间测试的典型步骤是：
1. 断开断路器
2. 断开隔离开关
3. 将断路器接地
4. 执行时间测试

时间测试未必可以给出正确的跳闸时间。试想一台投入运行的断路器，在断开进行测试前已有几个月甚至几年没有任何动作。它可能缺少润滑剂，可能轴承已经被磨损。这些问题可能会减慢第一次的动作。

这些步骤存在的问题是在进行测试前，断路器至少已经运行过一次。而这次动作很可能消除了存在的磨损问题或轴承的粘性，使断路器的跳闸时间恢复正常。
所以当进行测试时，一切正常，导致维护工程师认为断路器状态良好，不需要进一步检修。几个月以后，磨损问题出现，当故障发生时，断路器跳闸不够迅速
甚至不跳闸。

这就是为什么捕捉第一次跳闸如此重要，通过第一次跳闸测试可以检测到所有的问题。

方法
第一次跳闸测试属于在线检测，这意味着测试时断路器是投入运营的。我们会专注于三项测试：线圈电流、控制电压和触点时序。然而，其他测试如辅助触
点时序、震动、电机电流和动作也可以进行测试。

线圈电流的测试能给出主轴承或跳闸锁的润滑状况。通过分析线圈电流，电阻的变化也可被检测，它是由于绕组短路、线圈稍微引起的。线圈电流可以通过钳表或使用分析仪的控制模块检测，前提是公司允许断路器动作。

控制电压在断路器运行过程中被测量，它给出了电池库的状况。变电站的电池电压在运行前会就位，并通过充电设备监测。然而，在断路器动作时对能量的需求可能超出了电池库的能力范围。
„
如果电压降超过10%额定电压，可能意味着电池库的失效
„
如果断路器有三种运行机理，线圈电流和控制电压应该在各种机理下分别测试

图1 线圈电流和控制电压测试点

由于断路器在运行，传统的主触点时间测量电缆的连接不可行。取而代之的是三个电流钳表。电流钳表在电流互感器每相的二次侧使用，这些表记录了流过每相的电流，通过观察电流为零的点，就可以得到断路器的跳闸时间。

图2 线电流测试点

图3带电流钳表的控制柜

设备
进行第一次跳闸测试所需要的设备取决于断路器的结构。所有测试要用到的共同设备时三个电流钳表，以测试电流、捕捉每相的时序。这些表不需要有直流电流的测试能力，因为他们只要测量交流线电流。对于线圈电流，可以使用三个表中的一个或三个，取决于运行机理。这些测试必须要求电表既能测试AC也能测试DC，来覆盖所有类型的线圈，当然，最普遍的依然是DC线圈。

分析

图4 测试结果实例
图4中我们可以看到一个测试实例，涵盖了三相电流，一个线圈电流和控制电压。

时间测量
当一相有许多串联的断口时，对它们进行同步的测量非常重要。在这种情况下，当断路器断开电路时，它就会成为一个分压器。如果触点分离时间相差太大，在某个断口两端的电压就会很高，大多数断路器能承受不超过2 ms的时间差。
对三相50 Hz系统断路器的同步测量时间差允许更大一些，因为两相的过零点总是相差3.33 ms。但是，一般时间差总是规定在2 ms以内，即使是三相系统。需要注意的是采用同步开断技术的断路器对时间差的要求比之前的两种情况更严格。
一般来说，虽然一般对主触点和辅助触点的配合时间作出规定，但是理解和检查它们的运行状况还是很重要的。辅助触点的功能就是接通和断开回路，这样的回路在执行合闸时会驱动一个合闸线圈，然后在开始运动瞬间切断这个回路，防止线圈被烧毁。
「a」触点必须在主触点闭合前完全闭合，「b」触点必须在执行机制释放完储能时断开，从而使断路器闭合。断路器制造商需要提供这种周期的详细信息。

闭合-断开操作的动作和时间曲线

运动测量
高电压断路器的目的是开断一定的短路电流，并且对运动速度有相关的要求，使电弧周围聚集足够的冷却流体（由不同类型的断路器决定，可以是空气，油或其他气体）。这种冷却流体可将电弧充分冷却，并在下一个过零点使电弧熄灭。重要的是这种灭弧方式必须使触点进入阻尼区之前电弧不再重燃。
速度通过运动曲线之间的两个点来计算，上面的一个点定义为到断路器a）闭合位置，或b）触点分离位置的距离，用长度、角度或百分比来表示。两个点间的动作时间通常为10到20 ms，对应1-2个过零周期。
断路器里电弧必须熄灭的距离通常叫做电弧区域。从运动曲线可以计算出速度和加速度曲线，从而发现断路器机械设备微小的变化。
阻尼是高能操作系统中的一个重要参数。如果阻尼设备不能按要求工作，强大的机械能会降低断路器的使用寿命，甚至严重损坏断路器。通常以第二种速度
（a second speed）来衡量开断动作过程中的阻尼，但是也可以用断路器断开位置以上的两点之间所用的时间来衡量。

线圈电流
线圈电流可以在例行维护的基础上进行测量，从而在实际故障出现以前发现潜在的机械或电气问题。线圈的最大电流（如果允许达到其最大值）是电阻和驱动电压的函数，测试可以表明绕组是否短路。
对线圈施加电压时，电流曲线首先是一段直线，斜率取决于线圈的电气特性和外加电压（点1-2）。当电枢（用以驱动执行元件储能部分的锁）开始运动，线圈的电气特性发生改变，电流开始下降（点3-5）。
当电枢达到终点时，绕组电流上升到与绕组电压对应的点（点5-7）。然后由辅助触点断开回路，绕组电流降到零，电流会根据回路的电感衰减（点7-8）。
低电流时的第一个电流峰值对应于绕组饱和电流，这预示了最低跳闸电压。如果在电枢运动前绕组已经达到了最大电流，那么断路器不能断开电路。值得注意的是，两个电流峰值之间的关系会变化，尤其是受温度的影响，这个特性同样适用于最低跳闸电压。

1 跳闸线圈接通
2-5 电枢运动
3-4 电枢驱动跳闸锁
4-5 电枢走完路径
5 电枢达到终点
6 与绕组电阻成正比
7 辅助触点打开
8 电流衰减
断路器中的线圈电流示例

动态电阻测量（DRM）
断路器正常操作过程中电弧触点会产生磨损。如果电弧触点太短或状态不良，断路器不久就会变得不可靠。主触点的表面可被电弧损坏，导致阻值的增加，过热，甚至爆炸。
主触点的电阻在导通或关断过程中可被动态地测量。有了动态的测量数据，触点长度可以被可靠地估算。除此之外，唯一有效地方法就是拆开断路器。
可靠的动态电阻测试要求大测试电流和高分辨率的断路器分析仪。

震动分析
震动分析是一种使用静止的加速度转换器非侵入式的测量方法。断路器可以在测试过程中处于在线状态。测试只需要一次开路——闭合运行。第一次操作可能会与第二次、第三次不同，原因是腐蚀和其他不同金属间的接触问题。震动测试是捕获断路器长时间在同一种状态后第一次运行状况的理想方法。
分析过程将前期记录的参考曲线作对比，震动法能发现传统方法很难发现的问题。如果传统的数据如接触时间、运动曲线、线圈电流和电压保存完好，再加上震动数据，就可提供更精确的状态评估。
震动方法发布于CIGRÉ和IEEE®文献中。15年以来，震动方法测试所有400 kV以上为工业地区供电的断路器。这种方法首先在斯堪的纳维亚（北欧）市场得到证实。震动测试可在非常安全的环境下进行，因为断路器的两端都与地连接。由于不需要与断路器触点作连接，攀爬次数也较少，加速度转换器只需简单地安装在断路器上。

DRM 是估算电弧触点长度/磨损程度的有效方法。SDRM202提供了大电流，TM1800进行高分辨率的精确测量，而且还可进行双接地测
试。