三相合成试验回路的设计及其仿真研究

王春雷，吴盛刚，张高潮，高杨，王鹏飞

(1.平高集团有限公司,河南 平顶山 467000; 2.河南省高压电器研究所，河南 平顶山 467001)

三相合成试验回路的设计及其仿真研究

王春雷1，吴盛刚2，张高潮2，高杨2，王鹏飞2

(1.平高集团有限公司,河南 平顶山 467000; 2.河南省高压电器研究所，河南 平顶山 467001)

适用于三相共箱式断路器的三相合成试验回路，在合成试验标准GB/T4473的附录J中，推荐了多种形式的试验回路，其中有三种三相合成联合回路和所有相引入的三相合成回路以及两相引入的三相合成回路，后者适用于首开极系数Kpp=1.3的工况。当Kpp=1.5时，采用所有相引入的三相合成回路，具有较好的等价性，且回路结构相对简化，只需用两个电压回路，故实施起来也容易一些。本设计的目标是满足Kpp=1.5工况下的126kV共箱式断路器的试验要求，文中对所采用的试验回路的首开极和后开极的电压回路参数以及调频回路参数进行了计算，同时对瞬态恢复电压TRV波形进行了仿真和分析研究，结果符合预期。

共箱式断路器；三相合成试验；试验回路设计；回路参数计算；仿真研究

1 引言

众所周知，对于三相共机构的分相式断路器以及能够分相操作的高压和超高压断路器，只需进行单相合成试验就符合断路器国标GB1984及合成试验标准GB/T4473的要求。然而，对于三相共箱式断路器的试验方式T100s和T100a，则必须进行三相合成试验才足以考核其开断性能，标准中不允许用单相合成试验来代替，但对于试验方式T10；T30；T60以及OP1-2(失步开断)和SLF(近区故障)，在任何情况下都可以做单相合成试验。

2 主要技术指标及试验回路原理图

为满足126kV，31.5kA及40kA三相共箱式断路器做三相合成试验的需要，依据GB1984-2003及GB/T4473-2008标准有关规定，对该型断路器的试验方式T100s和T100a。必须进行三相合成试验才足以考核其开断性能。我们采用试验条件偏严(Kpp=1.5)的三相引入的三相合成回路，其原理电路如图1所示。

从图1可见，它包括：一个三相电流源；一台三极辅助断路器；一个连接在首开相与地之间的并联电流引入回路；一个连接在其他两相之间的并联电流引入回路，这个回路与通常的并联电流引入回路的不同点仅在于返回导线与地之间必须适当地绝缘。利用均压电容使恢复电压在两个后开极间均匀分布。

图中:电流源：Gn：发电机;MB：保护开关;MS：合闸开关;PT：变压器;L：电流回路的电抗;St：被试断路器;Sa1a2：辅助开关;

电压源：Ch0：主电容器;Lh1：电压回路电感;Lh2,Lh3：工频电感;Zh：TRV调节电路;Cj：均压电容。

图1 三相引入的三相合成回路，Kpp=1.5

3 126kV、31.5kA及40kA三相合成试验首开极电压回路参数的计算

3.1 适用于Kpp=1.5的首开极试验参数的确定

依据GB1984—2003表1b的有关要求，对于

126kV电压等级，TRV为四参数。(见图2)

图2 电压回路原理图

Kpp=1.5；Kaf=1.4；u1=116kV；t1=58μs；uc=216kV；t2=231μs；td=2μs；u′=58kV；t′=31μs；RRRV(u1/t1)=2.0kV/μs。

图中，CS、LS为主电容及电感。C1、R1、C2、R2及L2为四参数TRV调节回路元件，Cd为时延电容。

3.2 T100s的TRV调节回路计算参数(见表1)3.3 TRV调节回路实接参数及仿真波形

由于试验设备接线参数不便细调以及试验线路寄生参数的影响，因此对计算参数进行了适当调整。

对于序号(1)：R1=64Ω;C1=0.835μF;R2=49.2Ω;C2=0.504μF;L2=1.75mH。

则有：t1=56μs;t2=208μs;Kaf=1.40(仿真波形，见图3)

表1 首开极TRV计算参数

图3 40kA，首开极TRV为四参数的仿真波形

对于序号(2)：R1=80Ω;C1=0.636μF;R2=40Ω;C2=0.33μF;L2=2.25mH。

则有：t1=60μs;t2=216μs;Kaf=1.43(仿真波形，见图4)

图4 31.5kA，首开极TRV为四参数的仿真波形

3.4 首开极电压回路有关参数的计算及回路结构方式

(4)T100s的CS选取为12μF(8并12串)则FS=476Hz(40kA档)对于31.5kA档FS=426Hz。

4 126kV、31.5kA及40kA三相合成试验后开极电压回路的参数计算

4.1 适用于Kpp=1.5的后开极试验参数的确定

依据GB/T4473-2008表2a中的有关规定，将标么值(p.u)代入首开极具体的参数要求值，经换算后则得出：

(1)每一后开极的TRV峰值uC2及uC3：

uC2=uC3=0.58uC1=0.58×216kV=125.3kV

(2)每一后开极的TRV上升率：RRRV=0.7×2kV/μs=1.4kV/μs

(4)开断电流Ib：两后开极相同，Ib=0.87Ibn=34.8kA(40kA档)=27.4kA(31.5kA档)

4.2 三相合成试验后开极试验回路的参数计算(Kpp=1.5，TRV采用两参数)

(1)试验电压(适用于T100s，两个后开极串联同时加压的工况)

(5)主电容Cs，选取为6μs(4并12串)，采用现有的5及6组共两组电容器，每组接线方式为2并12串，两组并联。则有：fs=590Hz;is=2.95kA(40kA档)

fs=527Hz;is=2.35kA(31.5kA档)

(6)调频电容C1及阻尼电阻R1的计算

若按在后开两极对地分别接入参数相同的两个支路的调频回路(见图5)，则每一极上的电压减半，C1加倍，R1数值减半，但需要两组调频回路。

图中：电流源同图1

电压源：Ch0：主电容器；Ch1,2：TRV调节电容器；Rh1,2：阻尼电阻；Lh1,2：TRV调节电感；Lh3：工频电感。

图5 三相引入的三相合成回路，Kpp=1.5

4.3 三相合成试验后开极试验回路的参数计算(Kpp=1.5，TRV采用四参数)

(1)额定电压UN=146kV，以此电压值为计算基准。

(2)试验电压(适用于T100s，。两个后开极串联同时加压的工况)

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(3)主电容CS选取为6μF(4并12串)

(6)t2=4t1=192μs

(7)fs=574Hz(40kA档)；fs=516.6Hz(31.5kA档)

(10)调频回路参数计算结果如表2所示。

表2 后开极TRV计算参数

5 供仿真的电压回路参数及TRV仿真波形(共4组)

原理电路图如图6、图7所示。

图6 TRV采用两参数

图7 TRV采用四参数

5.1 TRV为两参数的仿真波形(见图8、图9)

No1组：40kA；CS=6μF；LS=12.1mH；Cd=15.4nf；ucs=208.5kV。R1=165Ω；C1=0.25μF

测量读数：t3=93μs；K0=1.43；uc=258kV；uc/t3=2.8kV/μs

No2组：31.5kA；CS=6μF；LS=15.2mH；Cd=12nf；ucs=206.2kV。R1=210Ω；C1=0.2μF

测量读数：t3=92μs；K0=1.43；uc=256kV；uc/t3=2.8kV/μs

5.2 TRV为四参数的仿真波形(见图10、图11)

No3组：40kA；CS=6μF；LS=12.8mH；Cd=15.4nf；ucs=220kV。

R1=22.7Ω；C1=0.66μF；R2=106Ω；C2=0.476μF；L2=6.15mH

测量读数：u1=142kV；uc=254kV；t1=50μs；t2=180μs;u1/t1=2.84kV/μs；k0=1.43

No4组：31.5kA；CS=6μF；LS=15.8mH；Cd=12nf；ucs=214.6kV。R1=29Ω；C1=0.5μF；R2=134.6Ω；C2=0.37μF；L2=7.81mH

测量读数：u1=145kV；uc=254kV；t1=52μs；t2=183μs;u1/t1=2.79kV/μs；k0=1.43

6 其他有关问题说明

(1)为了防止被试断路器提前开断，并考核它的尽可能长的燃弧时间，需要有与各极相连的三套延弧回路，其回路参数及结构相同，两个极性充电。由此可知，加上两个电压回路及三个延弧回路，共需要5个同步控制信号。

(2)对于126kV级的断路器，本设计未考虑Kpp=1.3(中性点直接接地系统)的三相合成试验回路。

(3)为了获得三相合成试验的正确燃弧区间条件，其T100s及T100a的试验操作程序有所不同，可按短路试验联盟STL导则推荐的试验程序来进行三相合成试验。

7 结语

(1)三相共箱式高压断路器，必须使用三相合成

Design and Simulation Study on Three-phase Synthetic Test Circuit

WANGChun-lei1,WUSheng-gang2,ZHANGGao-chao2,GAOYang2,WANGPeng-fei2

(1.Pinggao Group Co,.Ltd,.Pingdingshan 467001,China;2.He′nan High Voltage Apparatus Research Institute,Pingdingshan 467001,China)

It is common for three-phase Synthetic Test Circuit of three-phase encapsulation circuit breaker.Various forms of test circuit are recommended,in the appendix J of the synthetic test standard about GB/T4473.There are three-phase co-synthesis loop,all with the introduction of three-phase synthesis loop and the two-phase introduction of three-phase synthesis loop.The latter applies to the working conditions for the first-pole-to-clear factorKpp=1.3.When the first-pole-to-clear factorKpp=1.5,all with the introduction of three-phase synthesis loop is adopted.It has not only good equivalence,but also have the simple test loop.This design objective is to satisfy the test requirement of the 126kV encapsulation circuit breaker for the working conditionKpp=1.5.The voltage circuit parameters and frequency parameters are calculated for the first-pole-to-clear and last-pole-to-clear in the test loop.At the same time,the TRV waveform is simulated and the result accord with prosecution.

encapsulation circuit breaker;three-phase synthetic test;test circuit design;circuit parameter calculation;simulation study

1004-289X(2016)05-0052-05

TM834

B