Метод испытания петлевого сопротивления выключателей SF6 на 110 кВ и 220 кВ с использованием тестовых стержней для измерения петлевого сопротивления

Автоматические выключатели являются одними из самых важных электрических устройств в энергосистеме. Это электрические устройства, способные прерывать, закрывать и проводить нормальный ток рабочей линии, а также могут проводить, закрывать и прерывать заданные аварийные токи (например, токи короткого замыкания) в течение определенного времени. Хороший контакт в проводящем контуре автоматического выключателя является важным условием для обеспечения его безопасной работы. Если контакт плохой, это может вызвать перегрев или даже сгорание выключателя, что приведет к отключению электроэнергии в сети. Определить, насколько хороший контакт в проводящем контуре автоматического выключателя, можно с помощью теста на сопротивление цепи. Поэтому измерение сопротивления цепи необходимо при профилактических испытаниях. В качестве примера здесь рассматривается тест на сопротивление цепи 220-киловольтного шестифтористого серы (SF₆) выключателя.

2. Анализ текущей ситуации

В современных энергосистемах большинство 110-киловольтных и 220-киловольтных систем используют SF₆-выключатели. Согласно требованиям по изоляционному дизайну самого выключателя и требованиям дизайна энергосистемы, высота 110-киловольтного выключателя обычно составляет 2,5 метра, а 220-киловольтного — около 4 метров. Кроме того, существует рамная высота около 2 метров. Общая высота выключателя находится в пределах от 4 до 6 метров.

Для проведения теста на сопротивление цепи выключателя необходимы лестницы и подъемные платформы. Более того, для современных инвертированных SF₆-выключателей запрещено подниматься на них. Поэтому, если тест на сопротивление цепи проводится с использованием традиционного метода, можно использовать только подъемную платформу.

3. Краткое описание методов тестирования
(1) Принцип тестирования

Для тестирования сопротивления цепи выключателя используется метод падения напряжения. Принцип метода падения напряжения заключается в том, что когда через проверяемую цепь пропускается постоянный ток, происходит падение напряжения на контактном сопротивлении цепи. Измеряя ток, проходящий через цепь, и падение напряжения на проверяемой цепи, можно рассчитать значение контактного сопротивления по закону Ома: R = U/I. Схема тестирования сопротивления цепи выключателя представлена ниже (Рисунок 1):

Напряжение представляет собой разность между двумя потенциальными точками. Если мы предположим, что земля является нулевой потенциальной точкой, то можно просто понять, что приложенное напряжение является электродвижущей силой. В этом случае нам нужно только применить электродвижущую силу между двумя контрольными точками с помощью испытательного прибора.

(2) Метод тестирования

Физическая схема подключения для тестирования сопротивления цепи шестифтористого серы (SF₆) выключателя на месте представлена ниже (Рисунок 2):

Как известно, при проведении высоковольтных испытаний выключателей обе стороны выключателя должны быть надежно заземлены. Это техническая мера безопасности, которая четко предусмотрена в Правилах безопасности. На основе фундаментального свойства, что ток может протекать только по определенному пути, при тестировании сопротивления цепи выключателя мы умело используем меры безопасности во время эксплуатации — заземляющий провод — как токовый контур. Заземляющий провод имеет сечение 25 мм², что достаточно для выдерживания большого тока 200 А, удовлетворяющего требованиям теста.

Во время теста мы отсоединяем точку заземления заземляющего провода на одной стороне выключателя, сохраняя безопасное заземление рабочей точки на другой стороне. Мы подключаем два токовых полюса испытательного прибора к заземляющим проводам на обеих сторонах выключателя соответственно. Таким образом, ток можно подавать через заземляющие провода на обеих сторонах, формируя токовый контур для теста. Поскольку точка заземления на одной стороне выключателя была отключена во время теста, сопротивление заземляющей сети исключается из тестового контура, что обеспечивает, что тестовый контур включает только выключатель, гарантируя точность теста.

Следующим шагом является решение для контура тестового напряжения. Мы подключаем провода контура тестового напряжения к металлическому верхнему стержню изоляционного стержня (металлический верхний стержень специально обработан, чтобы иметь заостренный конец, что обеспечивает хорошее соединение с клеммной колодкой выключателя). Поскольку сопротивление цепи самого выключателя очень мало, даже малейшее переходное сопротивление может вызвать значительные ошибки. Во время теста металлический верхний стержень изоляционного стержня прижимается к клеммной колодке выключателя (необходимы два изоляционных стержня, которые прижимаются к верхней и нижней клеммным колодкам выключателя соответственно). Поскольку провода контура тестового напряжения тонкие и легкие, они почти не влияют на работу испытателей, поднимающих изоляционные стержни для тестирования.

Причина, по которой токовый контур формируется с использованием заземляющих проводов на обеих сторонах выключателя, двояка. Во-первых, токовые провода толстые и тяжелые. Во-вторых, из-за большого тестового тока необходимо обеспечить хорошее соединение, иначе точки контакта будут повреждены. Если бы для формирования токового контура использовались изоляционные стержни, увеличенный вес изоляционных стержней сделал бы их трудными для операторов, и хорошее соединение не могло бы быть гарантировано.

Тестирование проводится следующим образом: сначала мы прикрепляем зажимы проводов -I и +I к заземляющим проводам на обеих сторонах выключателя. Это можно выполнить персоналом, стоящим на земле, таким образом, создавая токовый контур. Затем испытатели встают на раму или механизм выключателя и прижимают металлические верхние стержни изоляционных стержней, подключенных к проводам контура напряжения, к верхней и нижней клеммным колодкам выключателя соответственно. Очень важно, чтобы -U соответствовал -I, а +U соответствовал +I. Таким образом, завершается тестовый контур.

4. Анализ результатов тестирования

Для испытателей все должно быть доказано данными. Используя специально подготовленные изоляционные стержни для тестирования сопротивления цепи выключателей, мы провели тесты на сопротивление цепи 220-киловольтных и 110-киловольтных выключателей на подстанции 220 кВ Хайген и подстанции 220 кВ Сонминг, находящихся в нашем ведении.

Выключатель 110 кВ подстанции 220 кВ Хайген

Выключатель 220 кВ подстанции 220 кВ Сонминг

Выключатель 220 кВ подстанции 220 кВ Сонминг

Результаты, полученные традиционным методом и методом использования стержня для тестирования сопротивления цепи, практически одинаковы, с погрешностью от 1 до 2 μΩ. Эта погрешность допустима, что указывает на то, что этот метод применим и точен.

Сравнение тестирования сопротивления цепи выключателей с использованием стержня для тестирования сопротивления цепи и традиционным методом
(1) Традиционный метод тестирования

• Традиционный метод требует, чтобы рабочие поднимались на выключатель или использовали подъемную платформу. Без подъема или использования подъемной платформы невозможно подключить тестовые провода к верхней и нижней клеммным колодкам выключателя.

• Работа на высоте связана с определенными рисками. Во-первых, выключатель может сломаться (такие случаи уже происходили в Китае). Во-вторых, есть риск падения персонала. В настоящее время строго запрещено подниматься на выключатели, что может помешать выполнению теста выключателя.

• При использовании подъемной платформы она ограничена местом. В некоторых подстанциях пространство очень компактное, и в некоторых электрошкафах недостаточно места для входа подъемной платформы, что препятствует выполнению теста и угрожает безопасной работе выключателя. Кроме того, при управлении подъемной платформой требуется особая осторожность, так как окружающее оборудование обычно находится под напряжением. Необходимо постоянно соблюдать достаточные безопасные расстояния. Также необходимо поддерживать достаточное расстояние от оборудования, находящегося в отключении, чтобы предотвратить повреждения. Управление подъемной платформой требует специального наблюдения, что увеличивает количество необходимого персонала.

(2) Тестирование с использованием стержня для тестирования сопротивления цепи

• Рабочим нужно только стоять на раме или механизме выключателя и использовать изоляционный стержень с тестовыми проводами, чтобы выполнить тест. Нет необходимости подниматься на выключатель, что значительно снижает риски и повышает безопасность.

• Нет необходимости использовать подъемную платформу, что также снижает риски, связанные с работой на высоте, такие как риск поражения электрическим током и риск случайного касания оборудования. Одновременно это экономит человеческие и материальные ресурсы.

• Если используется подъемная платформа, требуются профессиональные водители для ее управления и установки на рабочем месте. После установки и начала работы это точно займет больше времени, чем использование стержня для тестирования сопротивления цепи. Использование стержня для тестирования сопротивления цепи сокращает время работы, повышает эффективность и экономит ресурсы.

5. Заключение

Сравнение традиционного метода и метода использования стержня для тестирования сопротивления цепи выключателей полностью демонстрирует преимущества использования стержня для тестирования сопротивления цепи. Во-первых, снижаются риски при работе, повышается безопасность. Во-вторых, повышается эффективность работы, экономятся человеческие и материальные ресурсы, что снижает затраты на безопасную работу энергосети.