聯(lián)合加壓回路在高壓斷路器失步開斷試驗的應(yīng)用

張　松， 楊秀敏

(1.沈陽工程學院， 遼寧　沈陽　110136；2.遼寧高壓電器產(chǎn)品質(zhì)量檢測有限公司， 遼寧　沈陽　110122)

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聯(lián)合加壓回路在高壓斷路器失步開斷試驗的應(yīng)用

張松1,2， 楊秀敏1

(1.沈陽工程學院， 遼寧沈陽110136；2.遼寧高壓電器產(chǎn)品質(zhì)量檢測有限公司， 遼寧沈陽110122)

文章闡述了采用聯(lián)合加壓試驗回路進行126kV及以上高壓交流斷路器失步開斷試驗的工作原理，計算了145kV電壓等級失步開斷試驗回路的參數(shù)，對瞬態(tài)恢復電壓波形進行了仿真，并依據(jù)此回路及試驗參數(shù)進行了145kV/40kA失步開斷(OP2)試驗，試驗結(jié)果符合預期要求。

高壓交流斷路器；失步開斷試驗；聯(lián)合加壓試驗回路；瞬態(tài)恢復電壓

0　引言

目前電力系統(tǒng)大都是多源并聯(lián)供電，用于母線或作為系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)用的斷路器，在其兩端的系統(tǒng)失步振蕩時，斷路器兩端作用的系統(tǒng)電壓相位角可能出現(xiàn)失步情況，將承受兩倍以上系統(tǒng)相電壓的作用，這種情況下斷路器的開斷叫做失步開斷。

對于失步試驗方式OP1、OP2，根據(jù)《GB1984-2014高壓交流斷路器》、《GB/T 4473-2008 高壓交流斷路器的合成試驗》要求[1,2]：當額定電壓72.5kV及以下，瞬態(tài)恢復電壓采用兩參數(shù)，當額定電壓126kV及以上應(yīng)采用四參數(shù)。對于電壓等級較高的斷路器的型式試驗通常采用威爾回路方法[3]，該線路結(jié)構(gòu)滿足四參數(shù)失步要求時，其主電容上電壓相對過高，很不安全。因此，需采用一種新的方法，來完成126kV及以上電壓等級產(chǎn)品失步開斷試驗。目前，國內(nèi)外常有的合成試驗回路有變壓器電路、并聯(lián)電壓引入回路、串聯(lián)電壓引入回路、并聯(lián)電流引入回路、聯(lián)合加壓回路等[4,5]。

本文理論與實踐相結(jié)合，研究了采用聯(lián)合加壓試驗回路，在能夠降低試驗回路主電容器電壓的前提下，滿足了126kV及以上電壓等級產(chǎn)品失步開斷試驗的恢復電壓要求，從而降低了試驗成本，提高了試驗的安全性。

1　回路結(jié)構(gòu)及工作原理

依據(jù)STL合成試驗導則6.110推薦的試驗回路，設(shè)計聯(lián)合加壓試驗回路，見圖1。此回路由以下四部分組成：

A為電流源回路；B為第一套電壓源回路；C為第二套電壓源回路；D為延弧回路。

圖1　126kV～252kV高壓交流斷路器失步開斷試驗原理圖

1.1各個回路的作用

A)電流源回路：電流源回路為試品提供額定短路開斷電流。

B)第一套電壓源回路：第一套電壓源回路投入采用電流引入回路的原理，為試品開斷提供起始部分的恢復電壓。

C)第二套電壓源回路：在第一套電壓源回路提供的恢復電壓峰值附近，第二套電壓源回路投入，電壓疊加得到四參數(shù)恢復電壓波形。

D)延弧回路：當試品燃弧時間大于10ms時，在預期開斷前一零點可能把電流源電流熄弧，造成試驗失敗，所以應(yīng)在電流源上并聯(lián)延弧回路。延弧回路在該零點前數(shù)十微秒到一百微秒時投入，施加反極性延弧電流以使該點電流強迫過零，使試品在下一個零點開斷。

1.2回路工作原理

試驗前，輔助斷路器AB1和試品斷路器TO、輔助斷路器AB2均處于閉合狀態(tài)，短路電流IAB1流過TO。

圖2　關(guān)鍵點時刻圖

在IAB1自然的電流零點之前(m1時刻)，點火間隙GP1觸發(fā)，投入引入電流，流過TO的電流It是主電流IAB1和引入電流ICh01之和。

在短路電流IAB1(m2)，AB1斷開電流源電流。引入電流ICh01繼續(xù)流過AB2和TO。

在It的電流零點(m3)，TO、AB2切除，第一套電壓源回路產(chǎn)生TRV1。

當?shù)谝惶谆芈樊a(chǎn)生的恢復電壓達到其峰值(m4)時，點火間隙GP2觸發(fā)，第二套電壓源回路產(chǎn)生TRV2。

TO兩端電壓相反，形成斷口TRV的四參數(shù)。

各個關(guān)鍵時刻(m1、m2、m3、m4)見圖2、圖3。

圖3　145kV/40kA試驗方式OP2瞬態(tài)恢復電壓

2　電壓源回路參數(shù)

2.1回路參數(shù)選擇依據(jù)

《GB1984-2014高壓交流斷路器》4.102.3與額定短路開斷電流相關(guān)的TRV的標準值的部分要求如表1～表3。

表1　瞬態(tài)恢復電壓的標準值(有效接地系統(tǒng)中額定電壓126kV)——用四參數(shù)表示

表2　瞬態(tài)恢復電壓的標準值(非有效接地系統(tǒng)中額定電壓126kV)——用四參數(shù)表示

表3　瞬態(tài)恢復電壓的標準值(額定電壓252kV)——用四參數(shù)表示

《IEC62271-100∶2012》4.102.3與額定短路開斷電流相關(guān)的TRV的標準值的部分要求如表4、表5[6]。

表4　瞬態(tài)恢復電壓的標準值(有效接地系統(tǒng)中額定電壓145kV)——用四參數(shù)表示

表5　瞬態(tài)恢復電壓的標準值(非有效接地系統(tǒng)中額定電壓145kV)——用四參數(shù)表示

《GB1984-2014高壓交流斷路器》6.110.2合閘和分閘操作期間使用的試驗電壓下述內(nèi)容適用：

《IEC62271-100∶2012》6.110.2條款與《GB1984-2014高壓交流斷路器》6.110.2條款要求一致。

為滿足上述標準對瞬態(tài)恢復電壓和工頻恢復電壓的要求，此次設(shè)計的聯(lián)合加壓回路由兩個兩參數(shù)回路疊加而來，形成標準要求的四參數(shù)回路。

2.2145kV/40kA(非有效接地系統(tǒng))試驗方式OP2回路參數(shù)

用兩參數(shù)計算程序分別計算兩個電壓源回路的參數(shù)，疊加后即可滿足標準要求的四參數(shù)。以145kV/40kA試驗方式OP2為例，計算各元件參數(shù)及各元件上所承受的電壓，如表6。

表6　145kV/40kA OP2 fh=284Hz參數(shù)表

利用電子電路模擬軟件模擬以上電路參數(shù)所得預期恢復電壓波形如圖3，TRV參數(shù)見表7。

表7　預期TRV參數(shù)

由圖3以看出恢復電壓波形與要求的恢復電壓包絡(luò)線符合得很好，所算的參數(shù)符合該試驗方式的要求。

126kV及以上電壓等級其他失步開斷試驗可按同樣方法解決，在此不再詳述。

3　回路運行實例

根據(jù)145kV/40kA失步試驗參數(shù)進行了開斷(OP2)試驗。正常開斷的試驗TRV數(shù)據(jù)見表8，示波圖見圖4～圖6。

表8　實測TRV參數(shù)

圖4　實測兩套回路提供的恢復電壓及疊加后試品恢復電壓

試品不開斷的試驗TRV示波圖見圖7。

圖6　145kV/40kA失步開斷(OP2)試驗示波圖

此次不開斷試驗試品在恢復電壓峰值點附近擊穿，此種情況為試品不開斷的最嚴酷狀態(tài)，不開斷試驗未造成試驗回路設(shè)備的損壞，試驗結(jié)果有效。試驗驗證了此次所選回路的安全性。

4　結(jié)論

與常用的威爾合成試驗回路相比，聯(lián)合加壓試驗回路實現(xiàn)了斷路器的兩端加壓，與實際開斷的情況相符，保證了較好的等價性。主電容的電壓降低約一半，提高了安全性，能夠在現(xiàn)有的試驗設(shè)備的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)126kV及以上電壓等級產(chǎn)品的四參數(shù)TRV失步開斷試驗。本試驗室已經(jīng)成功地進行了商業(yè)化運行，完成了145kV/40kA失步(OP2)開斷試驗，大大提升了試驗室的試驗?zāi)芰?，得到了滿意的結(jié)果。

[1] GB 1984-2014，高壓交流斷路器[S].

[2] GB/T 4473-2008，高壓交流斷路器的合成試驗[S].

[3] 朱鈺，高強，李曉東.大容量試驗中威爾合成回路的等價性分析[J].東北電力技術(shù)，2006(5):1-3.

[4] 吳盛剛，張建新，趙建沛，等.高壓斷路器失步開合試驗方法的評述[J].電工電氣，2013(11)：36-38.

[5] 李剛，孫梅，程茵.一種新的合成試驗回路[J].高壓電器，2009,45(6)：136-139.

[6] IEC 62271-100∶2012， High-voltage switchgear and controlgear——Part 100∶Alternating-current circuit-breakers[S].

[責任編輯：王敏]

Application of Combined Pressure Test Circuit in Out-of-Step Breaking Test of High Voltage Breaker

ZHANGSong1,2,YANGXiu-min1

(1.ShenyangInstituteofEngineering,Shenyang110136,China;2.LiaoningHighVoltageApparatusTestCenterofProductQuality,Shenyang110122,China)

This paper describes using the working principle which uses combined pressure test circuits for out-of-step breaking test of 126kV and above high voltage alternating-current circuit breaker to calculate parameters of out-of-step breaking test circuits in 145kV voltage grade and to simulates waveforms of the transient recovery voltage. 145kV/40kA out-of-step breaking(OP2)test has been done based on this circuit and testing parameters, and the test results confirm the anticipated requirements.

high voltage alternating-current circuit breaker; out-of-step breaking test; combined pressure test circuit; TRV

2016- 03- 06

張松(1983-)，男，工程師，在讀碩士研究生，主要從事高壓電器檢測及相關(guān)研究工作。

E-mail:zhang123song@163.com

TM645.2

A

1672-9706(2016)03- 0018- 05