联合加压回路在高压断路器失步开断试验的应用

张　松， 杨秀敏

(1.沈阳工程学院， 辽宁　沈阳　110136；2.辽宁高压电器产品质量检测有限公司， 辽宁　沈阳　110122)



联合加压回路在高压断路器失步开断试验的应用

张松1,2， 杨秀敏1

(1.沈阳工程学院， 辽宁沈阳110136；2.辽宁高压电器产品质量检测有限公司， 辽宁沈阳110122)

文章阐述了采用联合加压试验回路进行126kV及以上高压交流断路器失步开断试验的工作原理，计算了145kV电压等级失步开断试验回路的参数，对瞬态恢复电压波形进行了仿真，并依据此回路及试验参数进行了145kV/40kA失步开断(OP2)试验，试验结果符合预期要求。

高压交流断路器；失步开断试验；联合加压试验回路；瞬态恢复电压

0　引言

目前电力系统大都是多源并联供电，用于母线或作为系统间联络用的断路器，在其两端的系统失步振荡时，断路器两端作用的系统电压相位角可能出现失步情况，将承受两倍以上系统相电压的作用，这种情况下断路器的开断叫做失步开断。

对于失步试验方式OP1、OP2，根据《GB1984-2014高压交流断路器》、《GB/T 4473-2008 高压交流断路器的合成试验》要求[1,2]：当额定电压72.5kV及以下，瞬态恢复电压采用两参数，当额定电压126kV及以上应采用四参数。对于电压等级较高的断路器的型式试验通常采用威尔回路方法[3]，该线路结构满足四参数失步要求时，其主电容上电压相对过高，很不安全。因此，需采用一种新的方法，来完成126kV及以上电压等级产品失步开断试验。目前，国内外常有的合成试验回路有变压器电路、并联电压引入回路、串联电压引入回路、并联电流引入回路、联合加压回路等[4,5]。

本文理论与实践相结合，研究了采用联合加压试验回路，在能够降低试验回路主电容器电压的前提下，满足了126kV及以上电压等级产品失步开断试验的恢复电压要求，从而降低了试验成本，提高了试验的安全性。

1　回路结构及工作原理

依据STL合成试验导则6.110推荐的试验回路，设计联合加压试验回路，见图1。此回路由以下四部分组成：

A为电流源回路；B为第一套电压源回路；C为第二套电压源回路；D为延弧回路。

图1　126kV～252kV高压交流断路器失步开断试验原理图

1.1各个回路的作用

A)电流源回路：电流源回路为试品提供额定短路开断电流。

B)第一套电压源回路：第一套电压源回路投入采用电流引入回路的原理，为试品开断提供起始部分的恢复电压。

C)第二套电压源回路：在第一套电压源回路提供的恢复电压峰值附近，第二套电压源回路投入，电压叠加得到四参数恢复电压波形。

D)延弧回路：当试品燃弧时间大于10ms时，在预期开断前一零点可能把电流源电流熄弧，造成试验失败，所以应在电流源上并联延弧回路。延弧回路在该零点前数十微秒到一百微秒时投入，施加反极性延弧电流以使该点电流强迫过零，使试品在下一个零点开断。

1.2回路工作原理

试验前，辅助断路器AB1和试品断路器TO、辅助断路器AB2均处于闭合状态，短路电流IAB1流过TO。

图2　关键点时刻图

在IAB1自然的电流零点之前(m1时刻)，点火间隙GP1触发，投入引入电流，流过TO的电流It是主电流IAB1和引入电流ICh01之和。

在短路电流IAB1(m2)，AB1断开电流源电流。引入电流ICh01继续流过AB2和TO。

在It的电流零点(m3)，TO、AB2切除，第一套电压源回路产生TRV1。

当第一套回路产生的恢复电压达到其峰值(m4)时，点火间隙GP2触发，第二套电压源回路产生TRV2。

TO两端电压相反，形成断口TRV的四参数。

各个关键时刻(m1、m2、m3、m4)见图2、图3。

图3　145kV/40kA试验方式OP2瞬态恢复电压

2　电压源回路参数

2.1回路参数选择依据

《GB1984-2014高压交流断路器》4.102.3与额定短路开断电流相关的TRV的标准值的部分要求如表1～表3。

表1　瞬态恢复电压的标准值(有效接地系统中额定电压126kV)——用四参数表示

表2　瞬态恢复电压的标准值(非有效接地系统中额定电压126kV)——用四参数表示

表3　瞬态恢复电压的标准值(额定电压252kV)——用四参数表示

《IEC62271-100∶2012》4.102.3与额定短路开断电流相关的TRV的标准值的部分要求如表4、表5[6]。

表4　瞬态恢复电压的标准值(有效接地系统中额定电压145kV)——用四参数表示

表5　瞬态恢复电压的标准值(非有效接地系统中额定电压145kV)——用四参数表示

《GB1984-2014高压交流断路器》6.110.2合闸和分闸操作期间使用的试验电压下述内容适用：

《IEC62271-100∶2012》6.110.2条款与《GB1984-2014高压交流断路器》6.110.2条款要求一致。

为满足上述标准对瞬态恢复电压和工频恢复电压的要求，此次设计的联合加压回路由两个两参数回路叠加而来，形成标准要求的四参数回路。

2.2145kV/40kA(非有效接地系统)试验方式OP2回路参数

用两参数计算程序分别计算两个电压源回路的参数，叠加后即可满足标准要求的四参数。以145kV/40kA试验方式OP2为例，计算各元件参数及各元件上所承受的电压，如表6。

表6　145kV/40kA OP2 fh=284Hz参数表

利用电子电路模拟软件模拟以上电路参数所得预期恢复电压波形如图3，TRV参数见表7。

表7　预期TRV参数

由图3以看出恢复电压波形与要求的恢复电压包络线符合得很好，所算的参数符合该试验方式的要求。

126kV及以上电压等级其他失步开断试验可按同样方法解决，在此不再详述。

3　回路运行实例

根据145kV/40kA失步试验参数进行了开断(OP2)试验。正常开断的试验TRV数据见表8，示波图见图4～图6。

表8　实测TRV参数

图4　实测两套回路提供的恢复电压及叠加后试品恢复电压

试品不开断的试验TRV示波图见图7。

图6　145kV/40kA失步开断(OP2)试验示波图

此次不开断试验试品在恢复电压峰值点附近击穿，此种情况为试品不开断的最严酷状态，不开断试验未造成试验回路设备的损坏，试验结果有效。试验验证了此次所选回路的安全性。

4　结论

与常用的威尔合成试验回路相比，联合加压试验回路实现了断路器的两端加压，与实际开断的情况相符，保证了较好的等价性。主电容的电压降低约一半，提高了安全性，能够在现有的试验设备的基础上，实现126kV及以上电压等级产品的四参数TRV失步开断试验。本试验室已经成功地进行了商业化运行，完成了145kV/40kA失步(OP2)开断试验，大大提升了试验室的试验能力，得到了满意的结果。

[1] GB 1984-2014，高压交流断路器[S].

[2] GB/T 4473-2008，高压交流断路器的合成试验[S].

[3] 朱钰，高强，李晓东.大容量试验中威尔合成回路的等价性分析[J].东北电力技术，2006(5):1-3.

[4] 吴盛刚，张建新，赵建沛，等.高压断路器失步开合试验方法的评述[J].电工电气，2013(11)：36-38.

[5] 李刚，孙梅，程茵.一种新的合成试验回路[J].高压电器，2009,45(6)：136-139.

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

[责任编辑：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

张松(1983-)，男，工程师，在读硕士研究生，主要从事高压电器检测及相关研究工作。

E-mail:zhang123song@163.com

TM645.2

A

1672-9706(2016)03- 0018- 05