更安全的測試-兩端接地的中/高壓斷路器測試實例探討!

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ISA CBA 1000/CBA 2000選購BSG的技術應用-

實例探討採用ISA斷路器分析儀/200A微歐姆計CBA 1000/CBA 2000搭配選購的“兩端接地安全耦合器”BSG 1000,進行兩端接地的中/高壓斷路器的測試。

前言

進行斷路器測試時,如搭配選購的BSG兩端接地安全耦合器,可在斷路器兩端接地的情形下,採用CBA 1000/CBA 2000進行測試,不必像採用傳統測試設備一樣須將接地連接移除。

由於安全始終是執行測試時的首要條件,全世界的法令條例皆規定在高壓設備的工作場所內,所有使用到的設備,都必須接地和短路。當在高壓變電所測試斷路器時,基於高電位的關係,情況可能更危險-來自相鄰導體的電容性耦合或當雷電打擊某處線路,或在測試進行中發生故障致使高電位到達斷路器時。

為提高工作人員的安全性,減少不必要的停機及保持測試的完整性,我們建議,在進行斷路器測試時,搭配選購的BSG將是最佳的選擇-BSG選購,同時也是測試那些使用石墨噴嘴的斷路器的最理想解決方案。

安全操作的必要性

高壓斷路器是高壓變電所最重要的設備,因為,它的任務-有時是可怕的任務-必須排除故障,無論故障電流為何。

即使額定電流都可能難以開路,因為2,000A在380kV線路上意味著接近每相位十億瓦特的一半,然而,這還不是最糟的情況,當電流開路時,可能是20、40或甚至80倍的額定電流。因此,當人們探討在變電所應該測試什麼設備的問題時,沒有任何人會對須要確定廠內斷路器的正常操作有所爭論!

另一方面,執行測試是一項成本高昂的工作-需要高度技術純熟的工程師、嚴格遵守的程序、編程及一個有關的測試執行時間。法規及標準規定了測試執行的方法,以免工作人員發生任何危險。所有這些全都與縮減測試時間及操作人員的技術程度互相衝突。

從2008年6月起,ISA與RTE(法國國家輸電網路公司)之間便簽有一個框架協議,供應高壓及中壓斷路器分析儀,CBA 1000與CBA 2000就是從那時起供應。在接下來的段落中,CBA 1000指的是這兩種機型。

點擊參考斷路器分析儀/200A微歐姆計CBA 1000介紹

圖一:CBA 1000連接BSG 1000。

兩端接地的斷路器測試

在斷路器上執行的最重要測試包括:

  • 主接點計時測量接點的開啟與閉合時間,三相的每個相位都必須相同。
  • 接點電阻:測量在閉合動作中的接點電阻變化。
測試器的操作,是將測流電流注入到電極及測量電壓降。假如電極閉合,電壓為零,假如電極開啟,則電壓為電路供應電壓。

當連接測試器的時候,是將待測設備的兩端連接接地,以確保操作人員的安全。但在測試進行中,卻要移除一端的安全接地,因為,假如不這麼做的話,測試電流會流入兩個接地連接,而無法執行計時測試。

當執行接點電阻測試時,就沒有這個問題存在,因為,接點電阻遠比接地連接電阻小得多。這是實際操作的情形,即使法規和標準並不允許。重點是,當接點閉合時,沒有危險,但在測試進行中,接點是開啟的,會有危險-高壓電感,萬一發生故障,沒有保護。

圖二:每相2個斷口的斷路器兩端連接到接地。

兩端接地安全耦合器BSG 1000,可於執行計時與同步測試時,滿足安全操作的需求,因為它能在斷路器兩端連接接地的情形下執行測試。

ISA測試設備

ISA幾乎有70年的時間與電力公司人員並肩工作,協助他們安全及有效率的執行工作。ISA產品能保證測試工程師執行安全的變電所測試,並且,同時,使電力事業公司與維修公司的營運更有效率。

我們最新提供的斷路器測試設備機型CBA 1000與CBA 2000,可執行主接點計時測試與接點電阻測試-靜態或動態-意即,可縮減測試時間。如同所有其他的測試器,除非只有一端接地,否則無法執行計時測量。而如今,此兩種機型提供支援兩端接地的BSG選購,執行測試時,無須移除主接點兩端的安全接地,在此種條件下操作,可排除由電弧閃絡和觸電意外導致的危險及後果,具備上述所有安全上的優點。 

圖三:在實際的測試中,連接BSG 1000與CBA 1000。

測量兩端接地的斷路器的操作時間,是以電阻測量技術為基礎。

兩端接地安全耦合器BSG 1000的解決方案,是以大電流、短持續時間的接點電阻測量為基礎:
1. 電流注入:至少20A。
2. 電壓測量。
3. 電阻計算:“電阻值”可用於瞭解“接點”是開啟或閉合。

事實上,一個開啟接點的電阻,是在“毫歐姆(mΩ)”範圍內,比一個閉合接點的電阻大得多。兩端接地安全耦合器BSG 1000可計算電阻,而執行計時與同步測試。

接地電阻可以兩種不同的方式編程設定:由操作者手動或自動-基於CBA 1000與CBA 2000可使用TDMS軟體。

兩端接地安全耦合器BSG的系統說明

BSG 1000有兩種機型:
1. BSG 1000-1:用於測試每相1個斷口。
2. BSG 1000-2:用於測試每相2個斷口。

每部BSG 1000是由以下元件構成:
1. 三組BSG遠端探頭
(1). 1或2型,連接到靠近斷路器主接點處,包括電流產生器與兩級電阻比較器-將測試結果以數位形式傳達到主機。
(2). 每個遠端探頭有兩條導線:一條連接測試電流到待測CT,另一條遮蔽型,用於偵測斷路器接點的開啟/閉合。
2. 一台BSG主機
(1). 包含管理遠端探頭的微處理器及連接CBA測試器輸入端的數位類比轉換器。
(2). BSG主機是使用一組導線工具連接到遠端探頭及CBA 1000測試器。

圖四:BSG 1000-1的遠端探頭。
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圖五:斷路器與BSG遠端探頭之間的連接示意圖。

圖五連接示意圖說明將BSG遠端探頭連接到斷路器電極的方法。圖中,大電流的連接是以粗線條表示,電壓測量導線是以細線條表示。

連接CBA 1000/2000與BSG 1000

使用兩條導線連接:
1. 驅動導線可使CBA 1000/2000驅動BSG 1000模組及蒐集、處理與回報測試結果。
2. 斷路器接點導線當連接時,CBA 1000/2000可偵測使用電極。由於這些資料的處理為數值,所有接點都必須連接,即使它們當中有些接點在測試中不打算使用(例如,在進行每相一個斷口的維護測試中)。 
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圖六:在變電所的測試中,將BSG 1000連接CBA 1000。

當導線連接好,測試程序便與使用CBA 1000/2000時的程序完全相同。計時測量將更容易,因為BSG 1000的介面,對操作者更簡單。從CBA 1000/2000前面板上的控制元件及大型圖形顯示幕,可進行測試設定及讀取測試結果讀值。

CBA 1000/2000與BSG模組的設計、製造,在惡劣的環境與變電所條件下,均可完全正常操作,並且容易使用。

此外,使斷路器線圈開啟或閉合的線圈控制功能,與BSG無關,其連接方式與CBA 1000/2000單獨操作時相同。

再者,使用這些設備時,無須擔憂超高壓變電所極端和惡劣的環境條件問題。

詳細產品規格及應用資訊,歡迎參考https://www.pdic.com.tw/circuit-breaker-testing-series.htm及進一步洽詢。  
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圖七:在變電所的測試中,操作員正在操作CBA 1000。

連接BSG遠端探頭到斷路器電極

BSG的三個遠端探頭都必須連接到每個斷路器電極,由於具有一個多孔式連接頭及4個測量夾具,可以輕易的將BSG遠端探頭進行連接,說明如下:
1. 注入夾(紅與黑)夾到待測電極,它們會構成一個閉路環及產生執行測試所需要的電流。
2. 測量夾(紅與黑)用於測量斷路器接點的電壓降。

由於此測試是個電阻測試,必須讓它們的接觸點儘量接近斷路器斷口,以避免雜散電壓。
很重要的一點是須要注意連接方向:在測試中,測量夾具必須放置在由注入夾具構成的電流環內側。 
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圖八:使用鱷魚夾將BSG遠端探頭連接到斷路器。

連接斷路器

當使用微歐姆計執行測試時,導線連接是最重要的問題。測量的電壓值很小(mV),因此,需要高精度。而最終的測試結果,有可能被干擾因素例如接點氧化及不穩定的接點所影響。因此,我們強烈建議您明白一個良好連接的重要性,否則,結果可能出錯或不容易瞭解。 

圖九:在實際的測試中,使用BSG 1000配備的以鱷魚夾為終端的測試夾具。

BSG總是提供終端為鱷魚夾的測試夾具,以確保能堅固牢靠的夾在接點上。當正確固定時,操作者可執行測試而確信氧化作用不會造成任何問題或產生錯誤的結果。

不幸的是,此種測試夾具不能直接從地面固定,這是ISA還提供其它測試夾具的原因,包括:
1. SAFO夾具由於有伸縮棒,可直接固定及連接到斷路器接點。在安裝時,也可克服電極氧化的問題。 此外,它的固定裝置,可確保在測試中帶來理想的精度與接點的穩定度。
2. 弧形夾具由於其鉤狀,操作者可輕易將它從地面連接到斷路器電極,並可理想的確保其穩定度與效用。最重要的特性是,它可完美的固定到任何斷路器,操作者須要拉開夾具曲柄,以便正確連接及避免氧化問題。
 
圖十:(左)SAFO夾具;(右)將SAFO夾具應用在AMEPS Beziers設備。 

圖十一:(左)弧形夾具及其連接導線;(右)將弧形夾具利用可伸縮曲柄固定在斷路器上。

上述兩類夾具,皆經過RTE及CNER在2009與2010年執行的現場測試中驗證過。EDF測試器配備這些夾具,並且定期進行此種連接。

因此,如您可以輕易理解的,在執行斷路器測試時,“連接”是最重要的問題。假如連接不準確,您可能得到誤導或甚至是錯誤的結果。

操作者可以使用其它連接夾具來使用BSG 1000,只要它們能確保準確的連接斷路器,其選擇將依待測斷路器的類型而定。  

現場測試結果

由BSG 1000得到的同步測試結果,與單獨由CBA 1000/2000得到的結果相同,甚至結果的顯示與解讀都雷同。

您可從以下ALSTOM FL 245斷路器在一個採用BSG 1000連接CBA 1000所執行的常規維護測試中得到的開啟循環結果範例中發現,其在開啟或閉合狀態接點之間的顯示及差異,與CBA 1000/2000相同。 
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圖十二:(左)由連接BSG 1000得到的開啟循環測試結果與(右)單獨由CBA 1000/2000得到的結果相同

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圖十三:TDMS測試結果,可供儲存及列印。

所有顯示在CBA 1000/2000螢幕上的測試結果,皆可:

  • 輕易由操作員儲存及匯出。
  • 儲存在本機記憶體或CBA 2000配備的USB碟。
  • 上傳到筆電或個人電腦及使用隨CBA 1000/2000一起授權的TDMS軟體處理,然後,儲存、列印。

使用BSG 1000獲得的最重要優點是,由於斷路器兩端的接地連接,能安全的執行測試,並可精準而簡單的連接到斷路器。

參考資料

本文中的照片,為ISA原廠在Niort變電所(GET Nord-Ouest)進行的一個實際維護測試中所拍攝,測試的斷路器是Alstom FL 245機型。

  • ISA – 操作手冊:CBA 1000、CBA 2000 & BSG 1000。
  • ISA – 應用手冊:CBA 1000 & CBA 2000。
  • ISA – 技術規格:CBA 1000、CBA 2000 & BSG 1000。

本文圖片及內容編譯自ISA原廠提供的“Application note: high and medium voltage circuit breaker test with both sides connected to ground”
※ 相關測試設備介紹,歡迎參考https://www.pdic.com.tw/circuit-breaker-testing-series.htm,並歡迎您進一步洽詢。 

2019-10-17