高压交流断路器大容量短路开断与关合试验技术

张 炯，李桂芹

（河南森源电气股份有限公司，河南 郑州 450000）

0 引 言

电力系统中，高压交流断路器主要起到切除系统出现的短路故障的作用，以保障电力系统。当电网受到某种干扰后，整个系统的状态会在某些时候出现不稳定情况，随着时间变化，其系统变量会出现不稳定变化，时而震动、时而大幅度增加。高压交流断路器的主要作用就是利用某种动作对整个电网稳定性进行保护。

1 大容量试验的意义与实现

1.1 对高压交流断路器开关与关合进行试验的主要意义

高压交流断路器需在短路问题出现后及时切断整个系统，以保证系统运行安全稳定。高压交流断路器各种关合与开断试验主要是为了对断路器的各种性能进行考核，需要检验灭弧室、其他部分结构设计、材料选择及制造工艺等是否合理，并对其结构、相关性能与参数进行多次地完善与再次修正[1]。

1.2 高压交流断路器短路开断和关合试验主要方法

国家目前已经对高压交流断路器明确规定其试验方法，主要有如下4个步骤，（1）基本断路试验；（2）异相与单相接地故障相关试验；（3）近区的故障进行试验；（4）失步开断和关合试验。试验检测过程中，为保证实验合理性与科学性，在考虑某些原则性问题时需要在电力系统背景下实施，并且利用大容量试验站对其进行多次检验[2]。

2 大容量试验站发展现状

2.1 大容量试验站要求与任务

大容量试验站的主要任务就是寻找等价试验方法，以满足实际工况提出的要求与参数。同时，还需要不断开发与研究一些小容量试验设备，以不断完善大容量试验内容。大容量试验站在选择短路开断和关合试验时，选择的充分条件是实际参考电力系统中，保证断路器开断和关合短路过程中需要承受的电能负荷、电压及电流具有等效意义。这个工作主要是从断路器开断行为特征、灭弧机理研究及电网短路故障开断和关合需求等方面出发，利用大容量试验站设备积累大量数据，随后经过专门方法对其进行对比试验，并对试验结果进行分析与研究。这需要在正式投入使用前确定试验回路前期与试验方法，对其进行深入与广泛的理论研究，使试验方法等价性得到论证。

2.2 大容量试验站功率源类型

关于大容量试验站功率源的主要工作就是对短路情况进行多次试验。这是因为功率不同，就会导致试验存在不同类型。高压交流断路器在特高压输电相关工程中占据重要地位。

2.3 大容量试验站关键设备

大容量试验中的一些关键设备包括控制与保护装置、关合装置、人工链路、功率因数电阻、调节电抗器、TRV调频装置、短路变压器、合闸开关、保护开关、振荡回路及短路发电机。短路发电机系统主要是由保护与监测系统、冷却系统、励磁系统、拖动电动机、润滑系统及发电机组成。短路发电机有3个暂态运行阶段，分别是稳态阶段、瞬变阶段及超瞬变阶段。通常，短路开关试验主要处于瞬变阶段。振荡回路大厅主要是由点火装置、充电系统、延弧、电阻堆、高频电抗堆、电频电容塔及主电容塔组成；其他重要设备包括近区故障试验人工链路、短路变压器及关合装置。

3 大容量短路试验原理和技术

3.1 实现方法

3.1.1 直接试验与合成试验

直接试验指的是外施电压、电流、瞬态及工频恢复电压都依靠一个单电源回路获得的试验，通常由短路发电机、网络电源作为大功率试验电源。合成试验则是指全部电流或大部分电流从某一个电源中获得，而恢复电压与外施电压全部从多个电源获得的试验。受试验站设备容量、试验技术难度及经济性情况限制，应当在试验中将关合与开断进行分开，即拆分出短路关合试验与短路开断试验。合成试验可以选择的电压源回路包括电压器回路或者振荡回路。

3.1.2 合成试验与直接试验选择依据

合成试验与直接试验存在明显不同，且合成试验更加复杂。在同样电压情况下进行的短路试验，直接试验需要的容量比合成试验大。选择合适的试验方法过程中需要从多个方面考虑，包括试验站功率容量、被试断路器电压等级、实际需求及项目容量等。一些实验使用的试验站功率源也很小，应该选择合成试验方法做试验[4]。

3.2 短路开断和关合直接试验

直接试验中关于短路试验的容量主要源自电流回路。能够有效分析其中有关高压交流断路器在开断与关合试验中必须承载的电磁能量负荷、电流负荷、电压负荷，直接试验和参考系统条件具有等量性。高压交流断路器短路开断和关合试验，能够在直接试验中会对其进行同时验证与考核[3]。

3.3 短路开断合成试验

根据电路原理可以将其分为串联电流引入回路、并联电流引入回路、串联电压引入回路、并联电压引入回路及变压器回路等。此外，还可以根据试验情况分为三相回路、单相回路。两种电流在引入回路试验中，具有调整线路方便、波形好及容量小等优点，而主要缺点就是电压高的问题。断路器电流开断过程中的三个阶段都是合成试验方法理论基础，合成试验方法能够对被试的断路器施加更充分的负荷[5]。

4 结 论

关于大容量的短路开断与相关关合试验的主要目的是给高压交流断路器后期的使用、研发等提供一定参考。利用相关参考内容，对相同条件的电流负荷与电压进行多次试验，成为当前判断高压交流器能力最好的方法。通过这种方法，可以给产品设计和研发提供大量试验数据，也能为设计指明设计方向，保证生产出的产品能够有效满足实际工程需求。由于整个试验电弧参数测量困难、试验难度大、试验技术高、电弧参数困难及电磁暂态过程十分复杂等问题，因此进行大容量关合与开断试验成为整个试验的重要部分。