CN103675663B - 一种对混合式直流固态断路器的性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对混合式直流固态断路器的性能测试装置，属于高电压、大电流实验领域。包括整流器、充电电容器组、高速相机、位移传感器、示波器、高压差分探头、分流器等。通过改变电容器的串并联个数改变电容器组的电容值。高速相机与计算机连接，用于拍摄分闸、合闸过程中快速机械开关触头及拉杆的运动过程。位移传感器测量快速机械开关拉杆和触头的运动速度。分流器用于测量流过放电回路、电力电子支路、缓冲器以及限压器的电流。高压差分探头测试每个电力电子器件的串联均压效果。示波器用于显示测试结果。本测试装置满足了混合式直流固态断路器的研制的不同参数要求，为其工作性能分析提供量化依据。

Description

一种对混合式直流固态断路器的性能测试装置

技术领域

本发明涉及一种对混合式直流固态断路器的性能测试装置，属于高电压、大电流实验技术领域。

背景技术

由于直流系统中没有电流过零点，灭弧困难。随着电力电子技术的发展，基于大功率电力电子器件的混合式直流固态断路器成为快速开断直流电流的重要技术方案。混合式直流固态断路器由电力电子器件和机械开关并联构成，正常运行时，电力电子器件断开，机械开关承载负荷电流。当系统发生故障时，机械开关断开，故障电流在电弧电压的作用下经过一段时间全部转移至电力电子支路，然后由电力电子支路断开故障电流，混合式直流固态断路器满足快速切除故障的要求。

国内混合式直流固态断路器的研究还处于起步阶段，急需要一种测试装置，以用于研发和测试混合式直流固态断路器。

发明内容

本发明的目的是提出一种对混合式直流固态断路器的性能测试装置，以用于直流断路器的研制，满足我国直流输电网和直流配电网对直流断路器的需求。

本发明提出的对混合式直流固态断路器的性能测试装置，包括：三相断路器、变压器、整流器、限流电阻、第一负荷开关、充电电容器组、第二负荷开关、放电电阻、放电电感、电阻分压器、第一分流器、熔断器、高速相机、计算机、位移传感器、示波器、高压差分探头、第二分流器、第三分流器、第四分流器；所述的三相断路器的一端与本性能测试装置的外接三相交流电源相连，所述的变压器的低压侧与三相断路器的另一端相连；所述的整流器与变压器的高压侧相连，所述的充电电容器组通过所述的第一负荷开关和限流电阻与整流器相连，构成充电回路；所述的第二负荷开关与熔断器串联，第二负荷开关的一端与充电电容器组的正极相连，所述的放电电阻与放电电感串联，放电电阻的一端与充电电容器组的负极相连，最后与待测混合式直流固态断路器构成放电回路；所述的第一分流器安装在放电回路中，用于测量放电回路中的电流；所述的电阻分压器与待测混合式直流固态断路器并联，用于测量混合式直流固态断路器的两端电压；所述的高速相机对准待测混合式直流固态断路器的快速机械开关的动触头或拉杆部分，用于拍摄动触头或拉杆的运动过程；所述的计算机用于显示高速相机拍摄的画面，高速相机通过网线与所述的计算机相连；所述的位移传感器与待测混合式直流固态断路器的快速机械开关的拉杆相连，用于测量拉杆的运动速度；所述的第二分流器、第三分流器和第四分流器分别与待测混合式直流固态断路器的电力电子支路、缓冲器和限压器串联，用于测量流过待测混合式直流固态断路器的电力电子支路、缓冲器和限压器的电流；所述的高压差分探头与待测混合式直流固态断路器的电力电子器件并联，用于测量电力电子器件两端的电压；所述的示波器用于显示第一分流器、第二分流器、第三分流器、第四分流器、位移传感器和高压差分探头的测量结果，示波器与第一分流器、第二分流器、第三分流器、第四分流器、位移传感器和高压差分探头相连。

本发明提出的对混合式直流固态断路器的性能测试装置，其优点是：

1、本发明的混合式直流固态断路器的性能测试装置，可以为混合式直流固态断路器的开通和关断过程的测试提供所需的高电压和大电流，输出的电压和电流可以通过电阻分压器和第一分流器准确测量，为混合式直流固态断路器的工作性能分析提供量化依据。

2、本发明的性能检测装置，通过改变电容器组中的电容器个数和电容器串并联方式，改变电容器组的电容值，进而改变检测装置中放电回路的输出电压、电流以及振荡频率，为混合式直流固态断路器的测试提供多种不同的实验条件，满足混合式直流固态断路器的研制的不同参数要求。

3、本发明的性能测试装置，通过高速相机和位移传感器对混合式直流固态断路器的快速机械开关的分闸、合闸的速度进行测量，通过分流器对其中的电力电子支路、缓冲器以及限压器的电流进行测量，并通过高压差分探头对电力电子器件两端电压进行测量，测量结果可以真实反应混合式直流固态断路器的工作性能，有利于改进混合式直流固态断路器的设计。

附图说明

图1是对混合式直流固态断路器的性能测试装置的结构示意图。

图中1是三相断路器，2是变压器，3是整流器，4是第一负荷开关，5是限流电阻，6是充电电容器组，7是第二负荷开关，8是电阻分压器，9是熔断器，10是高速相机，11是快速机械开关，12是电力电子支路，13是缓冲器，14是限压器，15是放电电阻，16是放电电感，17是第一分流器，18是计算机，19是位移传感器，20是快速机械开关拉杆，21是示波器，22是高压差分探头，23是第二分流器，24是第三分流器，25是第四分流器。

具体实施方式

本发明提出的对混合式直流固态断路器的性能测试装置，其结构示意图如图1所示，包括：三相断路器1、变压器2、整流器3、限流电阻5、第一负荷开关4、充电电容器组6、第二负荷开关7、放电电阻15、放电电感16、电阻分压器8、第一分流器17、熔断器9、高速相机10、计算机18、位移传感器19、示波器21、高压差分探头22、第二分流器23、第三分流器24、第四分流器25。三相断路器1的一端与本性能测试装置的外接三相交流电源相连，变压器2的低压侧与三相断路器1的另一端相连。整流器3与变压器2的高压侧相连，充电电容器组6通过第一负荷开关4和限流电阻5与整流器3相连，构成充电回路。第二负荷开关7与熔断器9串联，第二负荷开关7的一端与充电电容器组6的正极相连，放电电阻15与放电电感16串联，放电电阻15的一端与充电电容器组6的负极相连，最后与待测混合式直流固态断路器构成放电回路。第一分流器17安装在放电回路中，用于测量放电回路中的电流。电阻分压器8与待测混合式直流固态断路器并联，用于测量混合式直流固态断路器的两端电压。高速相机10对准待测混合式直流固态断路器的快速机械开关的动触头或拉杆部分20，用于拍摄动触头或拉杆的运动过程。计算机18用于显示高速相机10拍摄的画面，高速相机10通过网线与计算机18相连。位移传感器19与待测混合式直流固态断路器的快速机械开关的拉杆20相连，用于测量拉杆的运动速度。第二分流器23、第三分流器24和第四分流器25分别与待测混合式直流固态断路器的电力电子支路12、缓冲器13和限压器14串联，用于测量流过待测混合式直流固态断路器的电力电子支路12、缓冲器13和限压器14的电流。高压差分探头22与待测混合式直流固态断路器的电力电子器件并联，用于测量电力电子器件两端的电压。示波器21用于显示第一分流器17、第二分流器23、第三分流器24、第四分流器25、位移传感器19和高压差分探头22的测量结果，示波器与第一分流器、第二分流器、第三分流器、第四分流器、位移传感器和高压差分探头相连。

以下介绍本发明测试装置的工作原理和工作过程：

本发明的对混合式直流固态断路器的性能测试装置中，第一负荷开关4闭合，通过变压器3和整流器2，为充电电容器组6充电。限流电阻5用于限制充电电流的幅值。当直流侧短路故障时，由三相断路器1跳开，切除故障，

本发明的对混合式直流固态断路器的性能测试装置中，当充电电容器组6充电结束后，第一负荷开关4，第二负荷开关7，充电电容器组6、放电电阻15、放电电感16振荡回路放电，为混合式直流固态断路器测试提供需要的高电压和大电流。充电电容器组6可拆卸，通过改变电容器串并联个数改变充电电容器组6的电容值，进而改变振荡产生的电压、电流以及频率。第一分流器17用于测量振荡回路中的电流。熔断器9的作用是防止振荡回路中的电流过大烧坏充电电容器组6。

本发明的对混合式直流固态断路器的性能测试装置中，高速相机10与计算机18连接，用于拍摄分闸、合闸过程中快速机械开关触头及拉杆的运动过程。高速相机10的最小曝光时间可以达到1us。位移传感器19外接示波器，可直接测量断路器拉杆和触头的运动速度。第二分流器23、第三分流器24、第四分流器25分别用于测量流过电力电子支路12、缓冲器13以及限压器14的电流。高压差分探头22与示波器21连接，测量每个电力电子器件两端的电压、测试电力电子器件串联均压效果。

本发明的一个实施例中，所用的高速相机，可以由Phanton公司提供，型号为Phanton V12.0；所用的示波器和高压差分探头可以由Tektronix公司提供，型号分别为DPO4102B和THDP0100。位移传感器可以由高灵传感系统工程有限公司提供，型号为CFWY位移传感器，规格为20L、10D。所用的计算机可以为通用的PC机，要求CPU主频1.8GHz以上，内存1G以上，安装有Windows XP或32位的Windows7操作系统。

Claims (1)

1.一种对混合式直流固态断路器的性能测试装置，其特征在于该装置包括：三相断路器、变压器、整流器、限流电阻、第一负荷开关、充电电容器组、第二负荷开关、放电电阻、放电电感、电阻分压器、第一分流器、熔断器、高速相机、计算机、位移传感器、示波器、高压差分探头、第二分流器、第三分流器、第四分流器；所述的三相断路器的一端与本性能测试装置的外接三相交流电源相连，所述的变压器的低压侧与三相断路器的另一端相连；所述的整流器与变压器的高压侧相连，所述的充电电容器组通过所述的第一负荷开关和限流电阻与整流器相连，构成充电回路；所述的第二负荷开关的一端与熔断器串联，第二负荷开关的另一端与充电电容器组的正极相连，所述的放电电阻的一端与放电电感串联，放电电阻的另一端与充电电容器组的负极相连，最后与待测混合式直流固态断路器构成放电回路；所述的第一分流器安装在放电回路中，用于测量放电回路中的电流；所述的电阻分压器与待测混合式直流固态断路器并联，用于测量混合式直流固态断路器的两端电压；所述的高速相机对准待测混合式直流固态断路器的快速机械开关的动触头或拉杆部分，用于拍摄动触头或拉杆的运动过程；所述的计算机用于显示高速相机拍摄的画面，高速相机通过网线与所述的计算机相连；所述的位移传感器与待测混合式直流固态断路器的快速机械开关的拉杆相连，用于测量拉杆的运动速度；所述的第二分流器、第三分流器和第四分流器分别与待测混合式直流固态断路器的电力电子支路、缓冲器和限压器串联，用于测量流过待测混合式直流固态断路器的电力电子支路、缓冲器和限压器的电流；所述的高压差分探头与待测混合式直流固态断路器的电力电子器件并联，用于测量电力电子器件两端的电压；所述的示波器用于显示第一分流器、第二分流器、第三分流器、第四分流器、位移传感器和高压差分探头的测量结果，示波器与第一分流器、第二分流器、第三分流器、第四分流器、位移传感器和高压差分探头相连。