CN104035026B - 混合断路器零电压换流特性试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混合断路器零电压换流特性试验装置及试验方法。试验回路包括主电流源、续流电路、零电压换流电路和辅助电流源，所述主电流源、零电压换流电路和辅助电流源之间通过并联方式连接。试验方法包括试验前的准备等步骤。本发明的优点是：采用较小的电容和电感，即可实现大电流时的零电压换流特性试验，并且容易控制，便于换流试验的可靠进行，能够降低对试验回路的要求，减小试验成本。

Description

混合断路器零电压换流特性试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及混合断路器零电压换流特性试验装置及试验方法。

背景技术

混合断路器兼备传统机械开关良好的静态特性以及半导体开关无弧快速分断的动态特性，是未来电力系统保护方案的一个新的发展方向。零电压换流过程是机械开关分断时产生的电弧迫使电流向与之并联的半导体器件中转移的现象，是混合断路器分断过程中的一个重要阶段，对整个断路器的设计具有十分重要的指导意义。但是鉴于目前理论水平所限，无法对零电压换流过程进行准确的理论计算，因此在断路器设计时，一般先进行初步理论估算，然后对该过程的换流特性进行进一步的试验研究。

传统的开关电器试验方法中，一种是通过冲击发电机产生试验所需电流，另一种是通过预充电电容对电感放电产生试验所需电流。由于混合断路器中采用的均为动作速度极快的开关器件，并且对其中各部件之间的工作时序配合要求及其严格，因此零电压换流试验很难实现与传统发电机试验回路之间的时序配合，容易造成试验失败。而对于传统的电容放电试验方法，为了提供试验所需的大电流并满足动作时间的要求，一般需要较大的电容和电感，另外其中采用的机械合闸开关同样会因动作时序配合问题而导致换流试验难以进行。

发明内容

本发明的目的是提供混合断路器零电压换流特性试验装置及试验方法，在采用较小的电容和电感的条件下，即可实现试验所需的大电流，并且试验过程中各部分的动作时序容易控制。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

混合断路器零电压换流特性试验装置，其试验回路包括主电流源、续流电路、零电压换流电路和辅助电流源，所述主电流源、零电压换流电路和辅助电流源之间通过并联方式连接；所述的其主电流源由电容C1、合闸开关S1、二极管D1和电感L1串联构成。

在上述技术方案基础上进一步的技术方案是：

所述的混合断路器零电压换流特性试验装置，其零电压换流电路包括被试混合断路器中的零电压换流部分，由快速机械开关VB和换流晶闸管T并联构成。

所述的混合断路器零电压换流特性试验装置，其辅助电流源由电容C2、合闸开关S2、二极管D2和电感L2串联构成。

所述的混合断路器零电压换流特性试验装置，其续流电路由二极管D构成，所述二极管D的正极与电容C1的负极相连、负极与二极管D1的负极相连。

所述的混合断路器零电压换流特性试验装置，其合闸开课S1及合闸开关S2均为真空触发开关或晶闸管。

一种用本发明混合断路器零电压换流特性试验装置进行混合断路器零电压换流特性试验方法，包括如下步骤：

（1）试验开始前，合闸开关S1、S2以及快速机械开关VB均处于断开状态，晶闸管T处于截止状态，电容C1、C2都按照与各自合闸开关正极相连端为正电荷的方式充至试验所需电压；

（2）在t0时刻，合闸开关S1开通，电容C1通过电感L1放电，产生的脉冲放电电流从快速机械开关VB中流过；

（3）在t1时刻脉冲放电电流达到峰值，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中的电流通过二极管D续流，流过VB的电流将近乎保持恒定；

（4）在t2时刻，同时发出快速机械开关VB的分断信号以及晶闸管T的开通信号；

（5）在t3时刻，合闸开关S2开通，电容C2通过电感L2放电，产生的脉冲放电电流叠加在主电流上，使流过VB的电流逐渐增加；

（6）在t4时刻，机械开关VB触头间产生电弧迫使电流从VB向T中转移，结果VB中电流减小，T中电流增加，最终机械开关VB电流在t5时刻减小到零，至此电流完全转移至晶闸管T当中，零电压换流过程结束。换流结束后，试验电流完全由晶闸管T承担，直到能量完全被试验回路消耗掉，续流过程结束，晶闸管T自然关断，整个换流试验结束。

在上述试验方法基础上进一步的技术方案是：

所述混合断路器零电压换流特性试验方法，其时刻t2和t3是在明确快速机械开关VB固有机械延时时间的基础上，为保证在试验所需的换流点进行换流而确定的，假设VB的固有机械延时时间为∆t1，辅助电流源电路接通后经过∆t2可使VB中的电流达到试验所需的换流点电流，如果∆t1<t1-t0，那么t2时刻应比t0时刻滞后t1-t0-∆t1；如果∆t1>t1-t0，那么t2时刻应比t0时刻超前∆t1-t1+t0，而t3时刻应比t2时刻滞后∆t1-∆t2。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)采用较小的电容和电感即可实现大电流换流试验；

2)降低了对试验回路的要求，回路容易实现，试验成本减小；

3)试验回路各部分的动作时序容易控制，试验可靠性很高。

附图说明

图1为本发明的试验回路；

图2为本发明的预期电流波形图。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明作进一步说明如下：

实施例1：为本发明混合断路器零电压换流特性试验装置的实施例。参见图1，本发明的混合断路器零电压换流特性试验装置，其试验回路包括主电流源1、续流电路2、零电压换流电路3和辅助电流源4；其中主电流源1、零电压换流电路3和辅助电流源4之间通过并联方式连接。所述主电流源1用以提供换流试验所需的电流，由电容C1、合闸开关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。所述续流电路2用以保证试验大电流持续足够长的时间，由二极管D构成，二极管D的正极与电容C1的负极相连、负极与二极管D1的负极相连，当脉冲电流下降时通过二极管D续流。所述零电压换流电路3包括被试混合断路器中的零电压换流部分，由快速机械开关VB和换流晶闸管T并联构成，机械开关VB分断时产生的电弧将迫使电流向晶闸管T中转移。所述辅助电流源4一方面用以提高换流点电流，另一方面用以模拟实际换流时短路电流的上升过程，该辅助电流源4由电容C2、为真空触发开关的合闸开关S2、二极管D2和电感L2串联构成，当真空触发开关S2在换流开始前某一时刻开通时，电容C2通过电感L2放电产生的脉冲放电电流叠加在主电流上。

上述合闸开关S1及合闸开关S2均选用真空触发开关，当选用晶闸管则是另一实施例。

实施例2：为用本发明混合断路器零电压换流特性试验装置进行混合断路器零电压换流特性试验方法实施例，包括如下步骤：

（1）试验开始前， 合闸开关S1、快速机械开关VB、合闸开关S2均处于断开状态，晶闸管T处于截止状态，电容C1和C2按图示方向充至试验所需电压；

（2）在t0时刻，合闸开关S1开通，电容C1通过电感L1放电，产生的脉冲放电电流从快速机械开关VB中流过；

（3）在t1时刻脉冲放电电流达到峰值，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中的电流通过二极管D续流，流过VB的电流将近乎保持恒定；

（4）在t2时刻，同时发出快速机械开关VB的分断信号以及晶闸管T的开通信号；

（5）在t3时刻，合闸开关S2开通，电容C2通过电感L2放电，产生的脉冲放电电流叠加在主电流上，使流过VB的电流逐渐增加；

（6）VB接收到分断信号后经过一段固有机械延时在t4时刻触头开始有效分离，触头间建立的电弧电压迫使电流向晶闸管T中转移；

（7）此后VB中电流减小，T中电流增加，最终机械开关VB电流在t5时刻减小到零，至此电流完全转移至晶闸管T当中，零电压换流过程结束。换流结束后，试验电流完全由晶闸管T承担，直到能量完全被试验回路消耗掉，续流过程结束，晶闸管T自然关断，整个换流试验结束。

这里需要说明的是，时刻t2和t3是在明确快速开关固有机械延时时间的基础上，为保证在试验所需的换流点进行换流而确定的。

例如，假设VB的固有机械延时时间为∆t1，辅助电流源电路接通后经过∆t2可使VB中的电流达到试验所需的换流点电流。

如果∆t1<t1-t0，那么t2时刻应比t0时刻滞后t1-t0-∆t1；如果∆t1>t1-t0，那么t2时刻应比t0时刻超前∆t1-t1+t0。而t3时刻应比t2时刻滞后∆t1-∆t2。

本实施例中合闸开关S1及合闸开关S2均选用真空触发开关，当选用晶闸管则是另一实施例。

本发明的权利要求保护范围不限于上述实施例。

Claims (3)

1.一种混合断路器零电压换流特性试验装置，其特征在于，试验回路包括主电流源(1)、续流电路(2)、零电压换流电路(3)和辅助电流源(4)，所述主电流源(1)、零电压换流电路(3)和辅助电流源(4)之间通过并联方式连接；

所述的主电流源(1)由电容C1、合闸开关S1、二极管D1和电感L1串联构成，用于提供脉冲大电流；

所述续流电路(2)由二极管D构成，所述二极管D的正极与电容C1、C2的负极相连,二极管D的负极与二极管D1的负极相连，用于实现脉冲大电流的续流；

所述零电压换流电路(3)包括被试混合断路器中的零电压换流部分，由快速机械开关VB和换流晶闸管T并联构成；

所述辅助电流源(4)由电容C2、合闸开关S2、二极管D2和电感L2串联构成，其中电容C2的负极与电容C1的负极相连，二极管D2的正极通过合闸开关S2与电容C2的正极连接，用于在续流电流的基础上叠加一个脉冲电流，以实现更高电流等级的零电压换流特性试验；

所述的合闸开关S1、S2为真空触发开关或晶闸管。

2.一种用权利要求1所述装置进行混合断路器零电压换流特性试验方法，包括以下步骤：

(1)试验开始前，合闸开关S1、S2以及快速机械开关VB均处于断开状态，晶闸管T处于截止状态，电容C1、C2都按照与各自合闸开关正极相连端为正电荷的方式充至试验所需电压；

(2)在t0时刻，合闸开关S1开通，电容C1通过电感L1放电，产生的脉冲放电电流从快速机械开关VB中流过；

(3)在t1时刻脉冲放电电流达到峰值，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中的电流通过二极管D续流，流过VB的电流将近乎保持恒定；

(4)在t2时刻，同时发出快速机械开关VB的分断信号以及晶闸管T的开通信号；

(5)在t3时刻，合闸开关S2开通，电容C2通过电感L2放电，产生的脉冲放电电流叠加在主电流上，使流过VB的电流逐渐增加；

(6)在t4时刻，机械开关VB触头间产生电弧迫使电流从VB向T中转移，结果VB中电流减小，T中电流增加，最终机械开关VB电流在t5时刻减小到零，至此电流完全转移至晶闸管T当中，零电压换流过程结束；换流结束后，试验电流完全由晶闸管T承担，直到能量完全被试验回路消耗掉，续流过程结束，晶闸管T自然关断，整个换流试验结束。

3.根据权利要求2所述的混合断路器零电压换流特性试验方法，其特征在于,时刻t2和t3是在明确快速机械开关VB固有机械延时时间的基础上，为保证在试验所需的换流点进行换流而确定的，假设VB的固有机械延时时间为Δt1，辅助电流源电路接通后经过Δt2可使VB中的电流达到试验所需的换流点电流，如果Δt1<t1-t0，那么t2时刻应比t0时刻滞后t1-t0-Δt1；如果Δt1>t1-t0，那么t2时刻应比t0时刻超前Δt1-t1+t0，而t3时刻应比t2时刻滞后Δt1-Δt2。