高壓交流斷路器大容量短路開斷與關(guān)合試驗技術(shù)

張 炯，李桂芹

（河南森源電氣股份有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引 言

電力系統(tǒng)中，高壓交流斷路器主要起到切除系統(tǒng)出現(xiàn)的短路故障的作用，以保障電力系統(tǒng)。當(dāng)電網(wǎng)受到某種干擾后，整個系統(tǒng)的狀態(tài)會在某些時候出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，隨著時間變化，其系統(tǒng)變量會出現(xiàn)不穩(wěn)定變化，時而震動、時而大幅度增加。高壓交流斷路器的主要作用就是利用某種動作對整個電網(wǎng)穩(wěn)定性進(jìn)行保護(hù)。

1 大容量試驗的意義與實現(xiàn)

1.1 對高壓交流斷路器開關(guān)與關(guān)合進(jìn)行試驗的主要意義

高壓交流斷路器需在短路問題出現(xiàn)后及時切斷整個系統(tǒng)，以保證系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定。高壓交流斷路器各種關(guān)合與開斷試驗主要是為了對斷路器的各種性能進(jìn)行考核，需要檢驗滅弧室、其他部分結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇及制造工藝等是否合理，并對其結(jié)構(gòu)、相關(guān)性能與參數(shù)進(jìn)行多次地完善與再次修正[1]。

1.2 高壓交流斷路器短路開斷和關(guān)合試驗主要方法

國家目前已經(jīng)對高壓交流斷路器明確規(guī)定其試驗方法，主要有如下4個步驟，（1）基本斷路試驗；（2）異相與單相接地故障相關(guān)試驗；（3）近區(qū)的故障進(jìn)行試驗；（4）失步開斷和關(guān)合試驗。試驗檢測過程中，為保證實驗合理性與科學(xué)性，在考慮某些原則性問題時需要在電力系統(tǒng)背景下實施，并且利用大容量試驗站對其進(jìn)行多次檢驗[2]。

2 大容量試驗站發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 大容量試驗站要求與任務(wù)

大容量試驗站的主要任務(wù)就是尋找等價試驗方法，以滿足實際工況提出的要求與參數(shù)。同時，還需要不斷開發(fā)與研究一些小容量試驗設(shè)備，以不斷完善大容量試驗內(nèi)容。大容量試驗站在選擇短路開斷和關(guān)合試驗時，選擇的充分條件是實際參考電力系統(tǒng)中，保證斷路器開斷和關(guān)合短路過程中需要承受的電能負(fù)荷、電壓及電流具有等效意義。這個工作主要是從斷路器開斷行為特征、滅弧機(jī)理研究及電網(wǎng)短路故障開斷和關(guān)合需求等方面出發(fā)，利用大容量試驗站設(shè)備積累大量數(shù)據(jù)，隨后經(jīng)過專門方法對其進(jìn)行對比試驗，并對試驗結(jié)果進(jìn)行分析與研究。這需要在正式投入使用前確定試驗回路前期與試驗方法，對其進(jìn)行深入與廣泛的理論研究，使試驗方法等價性得到論證。

2.2 大容量試驗站功率源類型

關(guān)于大容量試驗站功率源的主要工作就是對短路情況進(jìn)行多次試驗。這是因為功率不同，就會導(dǎo)致試驗存在不同類型。高壓交流斷路器在特高壓輸電相關(guān)工程中占據(jù)重要地位。

2.3 大容量試驗站關(guān)鍵設(shè)備

大容量試驗中的一些關(guān)鍵設(shè)備包括控制與保護(hù)裝置、關(guān)合裝置、人工鏈路、功率因數(shù)電阻、調(diào)節(jié)電抗器、TRV調(diào)頻裝置、短路變壓器、合閘開關(guān)、保護(hù)開關(guān)、振蕩回路及短路發(fā)電機(jī)。短路發(fā)電機(jī)系統(tǒng)主要是由保護(hù)與監(jiān)測系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、拖動電動機(jī)、潤滑系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)組成。短路發(fā)電機(jī)有3個暫態(tài)運(yùn)行階段，分別是穩(wěn)態(tài)階段、瞬變階段及超瞬變階段。通常，短路開關(guān)試驗主要處于瞬變階段。振蕩回路大廳主要是由點(diǎn)火裝置、充電系統(tǒng)、延弧、電阻堆、高頻電抗堆、電頻電容塔及主電容塔組成；其他重要設(shè)備包括近區(qū)故障試驗人工鏈路、短路變壓器及關(guān)合裝置。

3 大容量短路試驗原理和技術(shù)

3.1 實現(xiàn)方法

3.1.1 直接試驗與合成試驗

直接試驗指的是外施電壓、電流、瞬態(tài)及工頻恢復(fù)電壓都依靠一個單電源回路獲得的試驗，通常由短路發(fā)電機(jī)、網(wǎng)絡(luò)電源作為大功率試驗電源。合成試驗則是指全部電流或大部分電流從某一個電源中獲得，而恢復(fù)電壓與外施電壓全部從多個電源獲得的試驗。受試驗站設(shè)備容量、試驗技術(shù)難度及經(jīng)濟(jì)性情況限制，應(yīng)當(dāng)在試驗中將關(guān)合與開斷進(jìn)行分開，即拆分出短路關(guān)合試驗與短路開斷試驗。合成試驗可以選擇的電壓源回路包括電壓器回路或者振蕩回路。

3.1.2 合成試驗與直接試驗選擇依據(jù)

合成試驗與直接試驗存在明顯不同，且合成試驗更加復(fù)雜。在同樣電壓情況下進(jìn)行的短路試驗，直接試驗需要的容量比合成試驗大。選擇合適的試驗方法過程中需要從多個方面考慮，包括試驗站功率容量、被試斷路器電壓等級、實際需求及項目容量等。一些實驗使用的試驗站功率源也很小，應(yīng)該選擇合成試驗方法做試驗[4]。

3.2 短路開斷和關(guān)合直接試驗

直接試驗中關(guān)于短路試驗的容量主要源自電流回路。能夠有效分析其中有關(guān)高壓交流斷路器在開斷與關(guān)合試驗中必須承載的電磁能量負(fù)荷、電流負(fù)荷、電壓負(fù)荷，直接試驗和參考系統(tǒng)條件具有等量性。高壓交流斷路器短路開斷和關(guān)合試驗，能夠在直接試驗中會對其進(jìn)行同時驗證與考核[3]。

3.3 短路開斷合成試驗

根據(jù)電路原理可以將其分為串聯(lián)電流引入回路、并聯(lián)電流引入回路、串聯(lián)電壓引入回路、并聯(lián)電壓引入回路及變壓器回路等。此外，還可以根據(jù)試驗情況分為三相回路、單相回路。兩種電流在引入回路試驗中，具有調(diào)整線路方便、波形好及容量小等優(yōu)點(diǎn)，而主要缺點(diǎn)就是電壓高的問題。斷路器電流開斷過程中的三個階段都是合成試驗方法理論基礎(chǔ)，合成試驗方法能夠?qū)Ρ辉嚨臄嗦菲魇┘痈浞值呢?fù)荷[5]。

4 結(jié) 論

關(guān)于大容量的短路開斷與相關(guān)關(guān)合試驗的主要目的是給高壓交流斷路器后期的使用、研發(fā)等提供一定參考。利用相關(guān)參考內(nèi)容，對相同條件的電流負(fù)荷與電壓進(jìn)行多次試驗，成為當(dāng)前判斷高壓交流器能力最好的方法。通過這種方法，可以給產(chǎn)品設(shè)計和研發(fā)提供大量試驗數(shù)據(jù)，也能為設(shè)計指明設(shè)計方向，保證生產(chǎn)出的產(chǎn)品能夠有效滿足實際工程需求。由于整個試驗電弧參數(shù)測量困難、試驗難度大、試驗技術(shù)高、電弧參數(shù)困難及電磁暫態(tài)過程十分復(fù)雜等問題，因此進(jìn)行大容量關(guān)合與開斷試驗成為整個試驗的重要部分。