高壓開關全電壓關合試驗系統(tǒng)及其應用研究.pdf

1、本文以高壓開關的合成試驗為研究背景，綜述了試驗方法及其在高壓開關新產(chǎn)品的研制、開發(fā)中的作用。以國際電工委員會(IEC)和我國關于高壓斷路器合成試驗的相關標準為指導，研究了高壓斷路器全電壓下的合成關合試驗所涉及的回路設置、高壓斷路器的關合性能分析、電流源主控開關的研制及相關理論分析，以及全電壓關合試驗測控系統(tǒng)的設計等。本文研究可為高壓開關的關合性能考核提供相關理論和試驗方法基礎。 斷路器短路關合操作直接受觸頭間隙的介質(zhì)強度特性、操

2、動機構(gòu)的關合和閉鎖能力的影響。本文首先通過對斷路器合、分的物理過程進行分析，引出斷路器合分過程電弧能量模型；引入介質(zhì)強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的相對合閘速度)，定量分析關合相位、最大預燃弧時間、最小預燃弧時間、預燃弧能量等參數(shù)隨．K<,RDDS>的變化情況和相互關系；討論了關合短路電流時的力-熱過程對隨后分斷操作的影響，從而得到對高壓開關的關合性能考核要求。 進行全電壓合成關合試驗的關鍵是

3、斷口耐壓高、通流能力強并且導通快速穩(wěn)定的電流源投入開關。本文提出基于真空觸發(fā)開關(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和全電壓合成關合試驗回路，并分別對TVS的觸發(fā)特性和FVCB所配的永磁操動機構(gòu)進行研究和優(yōu)化。仿真和試驗結(jié)果表明，TVS的導通時延在微秒量級，F(xiàn)VCB的合閘時間不大于8ms，滿足快速穩(wěn)定投入電流源的要求。 通過對電流源投入時短路關合電流從TVS支路到FVCB支路的轉(zhuǎn)移過程進行仿真和

4、試驗分析，給出各個時間階段TVS和FVCB支路分別承載的短路關合電流分量。分析得出短路關合電流與TVS和FVCB燃弧時的電弧電壓、所在支路參數(shù)(電感和電阻)以及FVCB的預燃弧時刻和關合時刻有關。 為了保證合成關合試驗與直接試驗的等價性，除了保證試驗過程中各個階段所施加的電壓和電流負荷必須滿足試驗標準的要求以外，對外施電壓關合相位以及外施電壓與短路關合電流相位容差都要進行嚴格控制。本文以同步開關技術為基礎，對外施電壓關合相位及試

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

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