潘浩，杨谨铭，周仿荣，马御棠，钱国超，马仪

(云南电网有限责任公司电力科学研究院，云南 昆明 650217)

高压开关是针对高压、大电流进行开断的设备，通常用于额定电压3 kV以上的设备开断。高压断路器是一种常见的高压开关，能够控制输电线路或电力设备的运行状态。当输电线路或电力设备发生故障时，断路器继电保护装置发挥作用，将电力系统中发生故障的部分切除，防止故障范围扩大，确保未发生故障的部分能够继续正常运行。高压断路器在电力系统中起到控制和保护的作用，而控制和保护要求反应时间在ms级，因此断路器的分/合闸时间和不同期性能影响着电力系统的精准控制和保护[1-6]。

DL/T 273—2012《±800 kV特高压直流设备预防性试验规程》中对高压断路器的固有分/合闸时间规定：各断口合闸不同期不大于3 ms，分闸不同期不大于2 ms。生产厂家一般也会规定断路器的分/合闸时间。常规断路器一般要求快速断开线路故障，对合闸时间基本无要求，因此需要断路器“快分慢合”。某些特殊用途的断路器则相反，如串补旁路断路器要求快速合闸保证串补设备旁路，对分闸时间基本无要求，此时需要断路器“快合慢分”。无论常规断路器和串补旁路断路器，均对分/合闸时间作出要求，因此有必要对高压断路器的分/合闸时间和不同期进行准确测量。

文献[7]分析了断路器不同接地方式的分/合闸时间测试原理，提出一端接地的分/合闸时间测试方法。一端接地无法准确区分不同的开关状态，且测试人员的安全存在隐患。断路器一端接地情况下，实际是将测试仪的接地端与断路器接地端相连，信号端与断路器非接地端相连，通过测试接地端与信号端之间的通断来判断断路器的分/合闸状态，进而测得断路器的分/合闸时间。

文献[8]提出断路器两端接地时分/合闸时间测试方法，论述了两端接地对于测试人员安全的重要性。若一端接地，则断路器未接地的一端会因周围架空线的磁场和电容耦合电流产生高压，安全性无法保证。在断路器的分/合闸时间测试中，为了提高测试的安全性，断路器应使用两端接地的接地方式。高频测试技术是断路器两端接地的分/合闸时间测试的常用方法。当发射信号为高频率交流信号时，2个接地点之间的电感增大，使得2个接地点之间的大地阻抗远大于合闸时断路器的阻抗，测试仪可以准确测得断路器断口的分合状态。

文献[9]研究双断口断路器开断速度对断口电压分布的影响，说明了提高分/合闸时间测量准确性具有重要意义。不同测量回路接地隔离开关引线的长度、粗细等不同，会影响信号传输的质量。为此，通常采用适当提高测量功率的方法，在信号接收器接收的信号未达到饱和的前提下，增大输出功率，使信号接收器更容易接收到有用信号。

在实际检修试验过程中，作业管理部门会对作业风险进行严格控制。为防止由于断路器附近的带电设备产生的感应电给作业人员带来安全风险，通常会拉上断路器一侧接地隔离开关或在另一侧加挂接地线。在断路器两端接地时，常规试验设备通常无法对双断口断路器的分/合闸时间进行测量[10-11]。因此，有必要设计出一套能在双断口断路器两端接地的情况下进行分/合闸时间测试的设备。本文提出将信号发射装置和信号接收装置夹于双断口短路器2个断口的两侧，利用信号接收装置来判断断路器的开断；同时采集断路器分/合闸线圈上的电压信号，计算该电压信号与断路器断口接地侧的信号接收装置采集到的电压信号之间的时间差，进而得到断路器分/合闸的准确时间。

1 双断口断路器研究现状

断路器的分闸时间即全分闸时间，指的是断路器的跳闸线圈加上电压，接到跳闸指令的时刻起，到断路器开断直至电弧完全熄灭为止所需的时间。全分闸时间为固有分闸时间和燃弧时间之和。固有分闸时间是从断路器接到跳闸指令到触头分离的一段时间；燃弧时间是从触头分离到电弧完全熄灭的时间。断路器的合闸时间，指的是从合闸线圈加上电压，接到合闸指令的时刻起，到断路器主触头均接触为止所需的时间。一般情况下，合闸时间大于分闸时间。

常见的断路器有单断口断路器和双断口断路器。双断口断路器由于均压电容的均压作用，能够实现2个断口同时作用，切断短路电流。相对于单断口断路器，双断口断路器可以控制更高电压等级的设备开断。双断口断路器通过断口单元的串联，降低各断口上的电压，从而降低弧隙恢复电压。双断口将电弧分割成2个串联的小电弧段，双断口比单断口的电弧拉伸更长，弧隙电阻更大，从而使得介质恢复速度增大，分/合闸速度提高。

文献[12]开发了一种1 100 kV双断口断路器，成功完成了在绝缘、开断和机械性能等方面的型式试验。双断口提高了断路器的电压等级，不仅可以满足断路器稳定性、速度特性等要求，同时控制了成本。多断口断路器各端口的电压分布可能不完全相同，但多断口断路器的开断能力是单断口断路器的2倍以上。在实际的运行中，双断口断路器具有较为广泛的应用。

2 双断口断路器两端接地时分/合闸时间测试

2.1 分/合闸时间测试原理及方法

双断口断路器两端接地时分/合闸时间测试的原理如图1所示。

图1 双断口断路器两端接地时分/合闸时间测试原理

测试原理为：双断口断路器的每个断口、断路器两侧接地隔离开关、断路器公共点接地引线和接地网组成回路，在该回路上装设信号发射器和信号接收器，断路器的开断过程中信号接收器接收到信号的中断则表示断路器的开断[13-14]。

试验方法为：将断路器公共点加挂接地线，将信号发射器夹于该接地线上，信号发射器的电压信号同时接至断路器分/合闸线圈；同时将信号接收器1和信号接收器2夹于双断口断路器两侧接地隔离开关引线上；双断口断路器各个断口、接地隔离开关、接地网及断路器公共点接地线分别组成2个回路。夹于断路器公共点接地引线上的信号发射器相当于变压器的原边线圈，夹于双断口断路器两侧接地隔离开关引线上的信号接收器相当于变压器的副边线圈，实际测量时采用钳形电流表[15-16]。用高压钳形表进行测量时，应由2人操作，操作人员站在绝缘垫上，不得触及其他设备，以免发生短路或接地。

2.2 双断口断路器两端接地时分/合闸时间信号获取

DL/T 402—2016《高压交流断路器》中关于断路器分闸时间的定义为：从接到跳闸指令到断路器开断至三相电弧完全熄灭所需要的全部时间，称为全分闸时间，等于固有分闸时间与燃弧时间之和。固有分闸时间是指从断路器接到跳闸指令到触头刚刚分离的时间，燃弧时间是指从触头刚刚分离到电弧完全熄灭的时间。

DL/T 402—2016《高压交流断路器》中关于断路器合闸时间的定义为：分闸位置的断路器从合闸回路带电时刻到所有极的触头都接触时刻的时间间隔。因此测量合闸时间的关键时间点包括合闸回路带电时刻和所有极的触头都接触时刻[17]，对关键时间点测量的准确性直接决定断路器分/合闸时间测试的精度。

分/合闸回路带电时刻信号获取：现场进行断路器分/合闸时间测试时，分/合闸信号是从分/合闸线圈的二次端子侧施加，因此只需在分/合闸线圈的控制端夹上电流钳，并将电流钳接至示波器即可。

断路器所有极的触头都接触时刻信号获取：对于双断口断路器两侧不接地的情形，断路器合闸信号的获取方式为测量断口两侧通断状态[18]。对于两端接地的双断口断路器而言，上述方式已不适用。对此，可采取利用接地网连通形成回路的方式进行测量[19]。在断路器合闸状态下，信号接收器的采样线圈中存在感应电流；在断路器的分闸状态下，信号接收器的采样线圈中无电流。此时，当夹于断口断路器两侧接地隔离开关引线上的信号接收器接收到电流信号时表示断路器合闸完毕[20]。将夹于断口断路器两侧接地隔离开关引线上的信号接收器和合闸线圈上的钳形电流表接至同一台示波器，通过信号的时间对比即可获取合闸时间。当夹于断口断路器两侧接地隔离开关引线上的信号接收器接收到电流信号突然消失表示断路器分闸完毕。将夹于断口断路器两侧接地隔离开关引线上的信号接收器和分闸线圈上的钳形电流表接至同一台示波器，通过信号的时间对比即可获取分闸时间。

3 基于EMTP-ATP的双断口断路器两端接地时分/合闸时间测试仿真

为验证本文所提双断口断路器两端接地时分/合闸时间测试方法的正确性，采用EMPT-ATP电磁仿真软件进行仿真。

3.1 合闸时间测试

双断口断路器两侧接地时分/合闸时间测试仿真的电路模型如图2所示。采用电压10 V、频率50 Hz的电压源模拟现场试验中的信号发射器[21]；采用2台电流互感器(current transformer，CT)CT1、CT2模拟现场试验中的信号接收器；设置2台断路器Bk1和Bk2模拟双断口断路器的2个断口，其中Bk1和Bk2的合闸时间分别设置为70 ms和73 ms；双断口断路器两侧接地隔离开关与接地网之间的接触电阻设置为0.5 Ω[9]。

图2 双断口断路器两侧接地时分/合闸时间测试仿真电路图

仿真结果如图3所示。可以看出CT1在70 ms时刻采集到电流信号，CT2在73 ms时刻采集到电流信号，均与设定参数相符，验证了该测试方法正确有效。

图3 双断口断路器两侧接地时合闸时间测试仿真结果

3.2 分闸时间测试

由于分闸后电流波形仍在回路上继续传播，为减小测量误差，分闸时间测试时的信号源应采用高频信号。电路模型如图2所示。采用电压10 V、频率1 000 Hz的电压源模拟现场试验中的信号发射器；采用CT模拟现场试验中的信号接收器；设置2台断路器Bk1和Bk2模拟双断口断路器的2个断口，其中Bk1和Bk2的分闸时间分别设置为17 ms和19 ms；双断口断路器两侧接地隔离开关与接地网之间的接触电阻设置为0.5 Ω。

仿真结果如图4所示。可以看出CT1在17 ms时刻采集到的电流信号中断，CT2在19 ms时刻采集到的电流信号中断，与设定参数相符，验证了该测试方法正确有效。

图4 双断口断路器两侧接地时分闸时间测试仿真结果

4 结论

本文提出两端接地情况下的双断口断路器分/合闸时间测试方法，并对该方法进行仿真验证，结论如下：

a)在双断口断路器两端接地的情况下，本文提出的分/合闸时间测试方法有效，能满足现场测试的精度需求；

b)由于分闸后电流波形仍在回路上继续传播，为减小测量误差，分闸时间测试时的信号源应采用高频信号。

上述双断口断路器两端接地时分/合闸时间测试方法，可满足双断口断路器两端接地情况下的检修、预试需求，降低作业人员的安全风险。