高壓開關(guān)全電壓關(guān)合試驗(yàn)系統(tǒng)及其應(yīng)用研究.pdf

1、本文以高壓開關(guān)的合成試驗(yàn)為研究背景，綜述了試驗(yàn)方法及其在高壓開關(guān)新產(chǎn)品的研制、開發(fā)中的作用。以國際電工委員會(huì)(IEC)和我國關(guān)于高壓斷路器合成試驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，研究了高壓斷路器全電壓下的合成關(guān)合試驗(yàn)所涉及的回路設(shè)置、高壓斷路器的關(guān)合性能分析、電流源主控開關(guān)的研制及相關(guān)理論分析，以及全電壓關(guān)合試驗(yàn)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。本文研究可為高壓開關(guān)的關(guān)合性能考核提供相關(guān)理論和試驗(yàn)方法基礎(chǔ)。 斷路器短路關(guān)合操作直接受觸頭間隙的介質(zhì)強(qiáng)度特性、操

2、動(dòng)機(jī)構(gòu)的關(guān)合和閉鎖能力的影響。本文首先通過對(duì)斷路器合、分的物理過程進(jìn)行分析，引出斷路器合分過程電弧能量模型；引入介質(zhì)強(qiáng)度下降率及其變化率K<,RDDS>(以外施電壓波形最大斜率為基準(zhǔn)的相對(duì)合閘速度)，定量分析關(guān)合相位、最大預(yù)燃弧時(shí)間、最小預(yù)燃弧時(shí)間、預(yù)燃弧能量等參數(shù)隨．K<,RDDS>的變化情況和相互關(guān)系；討論了關(guān)合短路電流時(shí)的力-熱過程對(duì)隨后分?jǐn)嗖僮鞯挠绊?，從而得到?duì)高壓開關(guān)的關(guān)合性能考核要求。 進(jìn)行全電壓合成關(guān)合試驗(yàn)的關(guān)鍵是

3、斷口耐壓高、通流能力強(qiáng)并且導(dǎo)通快速穩(wěn)定的電流源投入開關(guān)。本文提出基于真空觸發(fā)開關(guān)(TVS)和快速真空斷路器(FVCB)構(gòu)成基本模塊單元的電流源主控開關(guān)和全電壓合成關(guān)合試驗(yàn)回路，并分別對(duì)TVS的觸發(fā)特性和FVCB所配的永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究和優(yōu)化。仿真和試驗(yàn)結(jié)果表明，TVS的導(dǎo)通時(shí)延在微秒量級(jí)，F(xiàn)VCB的合閘時(shí)間不大于8ms，滿足快速穩(wěn)定投入電流源的要求。 通過對(duì)電流源投入時(shí)短路關(guān)合電流從TVS支路到FVCB支路的轉(zhuǎn)移過程進(jìn)行仿真和

4、試驗(yàn)分析，給出各個(gè)時(shí)間階段TVS和FVCB支路分別承載的短路關(guān)合電流分量。分析得出短路關(guān)合電流與TVS和FVCB燃弧時(shí)的電弧電壓、所在支路參數(shù)(電感和電阻)以及FVCB的預(yù)燃弧時(shí)刻和關(guān)合時(shí)刻有關(guān)。 為了保證合成關(guān)合試驗(yàn)與直接試驗(yàn)的等價(jià)性，除了保證試驗(yàn)過程中各個(gè)階段所施加的電壓和電流負(fù)荷必須滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求以外，對(duì)外施電壓關(guān)合相位以及外施電壓與短路關(guān)合電流相位容差都要進(jìn)行嚴(yán)格控制。本文以同步開關(guān)技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)外施電壓關(guān)合相位及試

5、驗(yàn)容差進(jìn)行控制。增加電流源投入的綜合判據(jù)，減少由于無效試驗(yàn)對(duì)試品和電流源主控開關(guān)造成的不必要的燒蝕，從而保證試驗(yàn)的有效性和成功率。 針對(duì)本文提出的電流源主控開關(guān)和全電壓合成試驗(yàn)回路，給出了全電壓合成關(guān)合試驗(yàn)的控制策略及其實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)影響控制精度和試驗(yàn)成功率的主要因素進(jìn)行分析并給出了相應(yīng)的補(bǔ)償措施。研制了高壓斷路器全電壓關(guān)合試驗(yàn)測(cè)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以是否檢測(cè)到試品開關(guān)預(yù)燃弧擊穿電流和外施電壓與關(guān)合電流相位滿足90±27°為基本條件，作

6、為電流源是否投入的判據(jù)。最后，本研究實(shí)現(xiàn)了可進(jìn)行額定試驗(yàn)參數(shù)為 110kV/63kA 的電流源主控開關(guān)和全電壓關(guān)合試驗(yàn)系統(tǒng)樣機(jī)，給出了可進(jìn)行額定參數(shù)為 550kV/63kA 全電壓關(guān)合試驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)施方案。在西安高壓電器研究所對(duì)電流源主控開關(guān)和全電壓關(guān)合試驗(yàn)測(cè)控系統(tǒng)樣機(jī)做了功能和可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)，在作具有最大預(yù)燃弧的高壓斷路器全電壓關(guān)合試驗(yàn)時(shí)，外施電壓與短路關(guān)合電流的相位容差典型值為±800μs，滿足IEC和國標(biāo)中規(guī)定的±1.5ms 容差要