CN104035025A - 零电流混合开断技术试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及零电流混合开断技术试验装置及方法，包括一电流源、一续流电路、一快速机械开关、一零电流换流电路、一电压源。试验时，首先投入所述电流源产生脉冲大电流，然后当所述续流电路稳定续流后，控制所述快速机械开关开断，当快速机械开关触头达到所需开距时，投入所述零电流换流电路使快速机械开关进入换流开断过程，当快速机械开关电流过零后，经过一段延时投入电压源产生高频恢复电压。本发明采用较小的电容和电感，即可满足大电流开断试验的需要；并且控制简单，容易实现电流源和电压源之间的准确配合；能够降低对试验回路的要求，减小试验成本。

Description

零电流混合开断技术试验装置及方法

技术领域

本发明属于电学领域，尤其是涉及零电流混合开断技术试验装置及方法。

背景技术

随着现代电力系统容量及电压等级的不断增长，对其中的断路器等安全保护设备的要求也越来越高。试验技术是断路器研制过程中不可或缺的一个重要环节，然而随着断路器不断地向高压大容量等级发展，传统的冲击发电机试验回路无论是在试验能力还是试验成本方面都暴露出了许多缺点。合成试验回正是在这样的背景条件下发展起来的，利用脉冲大电容对电感放电作为电流源提供断路器分断试验所需要的电流，利用脉冲小电容放电作为电压源模拟实际系统中的恢复电压，在一定程度上降低了试验成本，使高压大容量断路器研制过程中的相关试验得以方便的进行。

然而现有试验方法中电流源需要的电容和电感一般都很大，并且其中采用机械断路器作为合闸开关进行电流源或电压源的投切。因此一方面试验回路造价仍然较高，另一方面由于机械合闸开关动作时间分散性较大，难以实现电压源和电流源之间的准确配合，容易导致合成试验失败，不利于断路器开断试验的可靠进行。尤其对于近年来新型的混合式断路器而言，其本身电路结构就比较复杂，对其中各部件的动作速度和时序配合要求极高，很难与现有试验回路之间进行动作配合，导致断路器研制过程中的相关试验无法方便可靠地开展。

发明内容

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种零电流混合开断技术试验装置，包括：

一电流源：提供试验所需的脉冲大电流；

一续流电路：实现电流源脉冲大电流的续流；

一快速机械开关：进行换流开断；

一零电流换流电路：提供快速机械开关零电流开断所需的高频脉冲电流；

一电压源：产生机械开关开断后必要的高频恢复电压；

所述快速机械开关、零电流换流电路、以及电压源依次并联在一起；所述电流源包括依次串联的电容C1、真空触发开关S1、二极管D1和电感L1；所述真空触发开关S1开通时，电容C1通过电感L1放电产生脉冲大电流。

作为优选，所述续流电路包括一个二极管D，二极管D的正极与电容C1的负极相连。

作为优选，快速机械开关VB正极与二极管D负极相连、负极与二极管D1负极相连。

作为优选，所述零电流换流电路包括依次串联的电容C2、真空触发开关S2、二极管D2和电感L2；零电流换流电路的两极并联在快速机械开关VB两端，即电容C2的负极以及电感L2的一端分别接在快速机械开关VB两端；所述真空触发开关S2开通时，电容C2通过电感L2放电产生脉冲大电流迫使机械开关VB电流过零开断。

作为优选，所述电压源包括依次串联的电容C3、电感L3、真空触发开关S3和电阻R；所述电阻R与快速机械开关VB并联连接；所述真空触发开关S3开通时，C3通过L3放电使R两端产生高频振荡电压。

一种零电流混合开断技术试验方法，其特征在于，包括以下试验步骤：

试验开始前，真空触发开关S1、S2和S3均处于断开状态，快速机械开关VB处于闭合状态，电容C1、C2和C3充至试验所需电压；然后定义以下时刻：t0、t1、t2、t3、t4、以及t5；

步骤1，在t0时刻，控制系统发出S1开通信号，电容C1将通过电感L1放电，产生脉冲放电电流，脉冲放电电流在t1时刻达到峰值，此后在电流下降过程中，电感L1中的电流将通过二极管D和快速机械开关VB续流，流过机械开关VB中的电流将近乎保持恒定；

步骤2，在t2时刻，）控制系统发出快速机械开关VB的开断信号，经过一段固有机械延时后，快速机械开关VB进入触头有效分离阶段；

步骤3，在t3时刻，快速机械开关VB触头达到试验所需开距，控制系统发出真空触发开关S2开通信号，电容C2将通过电感L2放电产生脉冲放电电流，迫使快速机械开关VB中的电流不断减小；

步骤4，在t4时刻，快速机械开关VB中的电流减小到零，触头间电弧熄灭，快速机械开关VB两端开始建立由零电流换流电路参数所决定的恢复电压；

步骤5，在t5时刻，控制系统发出真空触发开关S3开通信号，电容C3将通过电感L3放电，在电阻R两端产生高频振荡电压，以此对快速机械开关VB熄弧后的介质恢复性能进行考核。

8.一种零电流混合开断技术试验方法，其特征在于，所述的时刻t0、t1、t2、t3、t4、以及t5基于定义：

t0：试验开始时刻；

t1：电流源脉冲电流峰值时刻；

t2：在t1时刻附近，假定快速机械开关VB电流上升到峰值的时间为Δt1，开断时固有机械延时时间为Δt2，一般可取t2=t1+Δt1-Δt2；

t3：快速机械开关VB触头达到试验所需开距时刻；

t4：快速机械开关VB电流减小到零的时刻；

t5：电压源投入时刻，首先根据试验电压电流等级初步确定一时间间隔Δt，在快速机械开关VB电流过零Δt时间后投入电压源不会使机械开关VB发生重燃现象，然后逐步减小时间间隔Δt，重复试验，直到机械开关VB出现重燃现象。

因此，本发明具有如下优点：1、电流源采用较小的电容和电感即可满足大电流开断的需要；2、电流源和电压源容易控制、可准确投切，试验能方便可靠地进行；3、降低了对试验回路的要求，试验回路容易实现，试验成本较低。

附图说明

附图1为本发明的试验回路；

附图2为本发明的预期电流波形图；

附图3为本发明的预期电压波形图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

参见图1，本发明的零电流混合开断技术试验装置，包括电流源1、续流电路2、快速机械开关3、零电流换流电路4和电压源5；

其中电流源用以提供试验所需的脉冲大电流，电流源由电容C1、真空触发开关S1、二极管D1和电感L1串联构成，真空触发开关S1开通时，电容C1通过电感L1放电产生脉冲大电流；

续流电路用以使被试断路器中产生电流并保证试验大电流持续足够长的时间，续流电路由二极管D构成，二极管D的正极与电容C1的负极相连；

快速机械开关VB正极与二极管D负极相连、负极与二极管D1负极相连；在电感L1电流上升阶段，由二极管D阻止C1的放电电流流过闭合的快速机械开关VB，当L1中电流开始下降时，电流通过二极管D和机械开关VB续流；

零电流换流电路用于快速机械开关VB的换流开断，零电流换流电路由电容C2、真空触发开关S2、二极管D2和电感L2串联构成，并联在VB两端，当真空触发开关S2开通时，电容C2通过电感L2放电产生脉冲大电流迫使机械开关VB电流过零开断；

电压源用以给机械开关VB电流过零后提供必要的恢复电压，电压源由电容C3、电感L3、真空触发开关S3和电阻R串联构成，R与VB并联连接，当真空触发开关S3开通时，C3通过L3放电使R两端产生高频振荡电压。

以下介绍本发明所提供的零电流混合开断技术试验方法：

试验开始前，真空触发开关S1、S2和S3均处于断开状态，快速机械开关VB处于闭合状态，电容C1、C2和C3按图示方向充至试验所需电压；

在t0时刻，控制系统发出S1开通信号，C1将通过L1放电，产生脉冲放电电流；

脉冲放电电流在t1时刻达到峰值，此后在电流下降过程中，二极管D因承受正向电压导通，电感L1中的电流将通过二极管D和VB续流，此后VB中的电流将近乎保持恒定；

在t2时刻，控制系统发出VB的开断信号，经过一段固有机械延时后，VB进入触头有效分离阶段；

在t3时刻，VB触头达到试验所需开距，控制系统发出S2开通信号，C2将通过L2放电产生脉冲放电电流，迫使VB中的电流不断减小；

在t4时刻，VB中的电流减小到零，触头间电弧熄灭，VB两端开始建立由零电流换流电路参数所决定的恢复电压；

在t5时刻，控制系统发出S3开通信号，C3将通过L3放电，在R两端产生高频振荡电压，以此对VB熄弧后的介质恢复性能进行考核。

下面对时刻t2、t3和t5的选取进行简要的说明：

t0：试验开始时刻；

t1：电流源脉冲电流峰值时刻；

t2：在t1时刻附近，假定快速机械开关VB电流上升到峰值的时间为Δt1，开断时固有机械延时时间为Δt2，一般可取t2=t1+Δt1-Δt2；

t3：快速机械开关VB触头达到试验所需开距时刻；

t4：快速机械开关VB电流减小到零的时刻；

t5：电压源投入时刻，首先根据试验电压电流等级初步确定一时间间隔Δt，在快速机械开关VB电流过零Δt时间后投入电压源不会使机械开关VB发生重燃现象，然后逐步减小时间间隔Δt，重复试验，直到机械开关VB出现重燃现象。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1. 一种零电流混合开断技术试验装置，其特征在于，包括：

一电流源：提供试验所需的脉冲大电流；

一续流电路：实现电流源脉冲大电流的续流；

一快速机械开关：进行换流开断一零电流换流电路：提供快速机械开关零电流开断所需的高频脉冲电流；

一电压源：产生机械开关开断后必要的高频恢复电压；

所述快速机械开关、零电流换流电路、以及电压源依次并联在一起；所述电流源包括依次串联的电容C1、真空触发开关S1、二极管D1和电感L1；所述真空触发开关S1开通时，电容C1通过电感L1放电产生脉冲大电流。

2. 根据权利要求1所述的一种零电流混合开断技术试验装置，其特征在于，所述续流电路包括一个二极管D，二极管D的正极与电容C1的负极相连。

3. 根据权利要求1或2所述的一种零电流混合开断技术试验装置，其特征在于，所述快速机械开关VB正极与二极管D负极相连、负极与二极管D1负极相连。

4. 根据权利要求3所述的一种零电流混合开断技术试验装置，其特征在于，所述零电流换流电路包括依次串联的电容C2、真空触发开关S2、二极管D2和电感L2；所述零电流换流电路的两极并联在快速机械开关VB两端，即电容C2的负极以及电感L2的一端分别接在快速机械开关VB两端；所述真空触发开关S2开通时，电容C2通过电感L2放电产生脉冲大电流迫使机械开关VB电流过零开断。

5. 根据权利要求1所述的一种零电流混合开断技术试验装置，其特征在于，所述电压源包括依次串联的电容C3、电感L3、真空触发开关S3和电阻R；所述电阻R与快速机械开关VB并联连接；所述真空触发开关S3开通时，C3通过L3放电使R两端产生高频振荡电压。

6. 一种零电流混合开断技术试验方法，其特征在于，包括以下试验步骤：

试验开始前，真空触发开关S1、S2和S3均处于断开状态，快速机械开关VB处于闭合状态，电容C1、C2和C3充至试验所需电压；然后定义以下时刻：t0、t1、t2、t3、t4、以及t5；

步骤1，在t0时刻，控制系统发出S1开通信号，电容C1将通过电感L1放电，产生脉冲放电电流，脉冲放电电流在t1时刻达到峰值，此后在电流下降过程中，电感L1中的电流将通过二极管D和快速机械开关VB续流，流过机械开关VB中的电流将近乎保持恒定；

步骤2，在t2时刻，控制系统发出快速机械开关VB的开断信号，经过一段固有机械延时后，快速机械开关VB进入触头有效分离阶段；

步骤3，在t3时刻，快速机械开关VB触头达到试验所需开距控制系统发出真空触发开关S2开通信号，电容C2将通过电感L2放电产生脉冲放电电流，迫使快速机械开关VB中的电流不断减小；

步骤4，在t4时刻，快速机械开关VB中的电流减小到零，触头间电弧熄灭，快速机械开关VB两端开始建立由零电流换流电路参数所决定的恢复电压；

步骤5，在t5时刻，控制系统发出真空触发开关S3开通信号，电容C3将通过电感L3放电，在电阻R两端产生高频振荡电压，以此对快速机械开关VB熄弧后的介质恢复性能进行考核。

7. 根据权利要求6所述的零电流混合开断技术试验方法，其特征在于，所述的时刻t0、t1、t2、t3、t4、以及t5基于定义：

t0：试验开始时刻；

t1：电流源脉冲电流峰值时刻；

t2：在t1时刻附近，定义快速机械开关VB电流上升到峰值的时间为Δt1，开断时固有机械延时时间为Δt2，一般可取t2=t1+Δt1-Δt2；

t3：快速机械开关VB触头达到试验所需开距时刻；

t4：快速机械开关VB电流减小到零的时刻；

t5：电压源投入时刻，首先根据试验电压电流等级初步确定一时间间隔Δt，在快速机械开关VB电流过零Δt时间后投入电压源不会使机械开关VB发生重燃现象，然后逐步减小时间间隔Δt，重复试验，直到机械开关VB出现重燃现象。