CN107526030A - 一种高压直流断路器的合成试验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压直流断路器的合成试验装置和方法，装置包括稳态电流试验电路、大电流试验电路和高压试验电路，所述稳态电流试验电路、大电流试验电路和高压试验电路并联后，与高压直流断路器串联。本发明提供的技术方案通过稳态电流试验电路、大电流试验电路和高压试验电路测试不同工况下高压直流断路器性能，所需求试验容量小、试验等效性高，为高压直流断路器工程应用以及试验标准制定奠定基础。

Description

一种高压直流断路器的合成试验装置和方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种高压直流断路器的合成试验装置和方法。

背景技术

随着基于电压源换流器的多端柔性直流和直流电网技术的开始应用，高压直流断路器成为保证系统稳定安全可靠运行的关键设备之一，其运行的可靠性直接决定了所配置直流系统的安全性和经济性，因此需要对其开展全面试验，检验不同工况下直流断路器性能，验证所设计的高压直流断路器正确性以及是否满足要求的性能。

高压直流断路器尚属于电力电子领域前沿技术，目前尚无成熟的试验标准可以参考，也对高压直流断路器的研制也极少。而成熟的高压直流转化开关试验采用单电源试验方法，可以完成大电流分断，但无法有效等效断路器分断过程中热应力以及分断后恢复过电压，且通用性差。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种高压直流断路器的合成试验装置和方法，通过稳态电流试验电路、大电流试验电路和高压试验电路测试不同工况下高压直流断路器性能，所需求试验容量小、试验等效性高，为高压直流断路器工程应用以及试验标准制定奠定基础。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种高压直流断路器的合成试验装置，包括稳态电流试验电路、大电流试验电路和高压试验电路，所述稳态电流试验电路、大电流试验电路和高压试验电路并联后，与高压直流断路器串联。

所述稳态电流试验电路包括依次串联的交流电源、晶闸管整流桥和平波电抗；

所述交流电源输出的交流电经晶闸管整流桥进行整流，再经过平波电抗形成稳态电流。

所述稳态电流试验电路能够提供高压直流断路器稳态运行工况下的额定电流和过负荷电流，用于测试高压直流断路器的电流导通能力。

所述大电流试验电路包括依次串联的低压直流电源、低压电容、谐振电抗和隔离开关K1；

所述低压电容的容值为毫法级。

所述大电流试验电路能够调节高压直流断路器在故障工况下产生的电流变化率和幅值，用于测试直流断路器电流分断性能。

所述高压试验电路能够提供高压直流断路器分断所需要承受的直流电压，其包括依次串联的高压直流电源、高压电容和隔离开关K2；

所述高压电容的容值为微法级。

所述合成试验装置还包括机械开关K3，所述机械开关K3并联在高压直流断路器两端。

所述高压直流断路器为机械式高压直流断路器、固态式高压直流断路器或混合式高压直流断路器。

本发明还提供一种采用上述高压直流断路器的合成试验装置进行高压直流断路器的合成试验方法，包括：

闭合机械开关K3，对稳态电流试验电路和大电流试验电路分别进行测试，得到稳态电流试验电路提供的高压直流断路器稳态运行工况下的额定电流，以及大电流试验电路提供的高压直流断路器在故障工况下产生的电流变化率和幅值；

分断机械开关K3，触发高压直流断路器使其处于导通状态，通过低压直流电源给低压电容充电，并通过高压直流电源给高压电容充电；

触发稳态电流试验电路，向高压直流断路器注入额定电流，直至高压直流断路器达到热平衡，之后触发大电流试验电路，向被试断路器注入故障电流；

结合实际试验需求，在高压直流断路器的分段过程中触发高压试验电路，完成高压直流断路器分断试验。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

1)本发明提供的技术方案包括稳态电流试验电路、大电流试验电路和高压试验电路，其中的稳态电流试验电路、大电流试验电路和高压试验电路并联后，与高压直流断路器串联，采用多电源合成的方式提供高压直流断路器试验所需要的电流应力、电压应力和热应力，能够全面测试不同工况下高压直流断路器性能；

2)本发明提供的技术方案的试验能力能够覆盖诸如机械式高压直流断路器、固态式高压直流断路器和混合式高压直流断路器等不同技术路线的高压直流断路器，应用范围广泛；

3)本发明提供的技术方案能够大大降低了试验装置所需要的容量，利于试验装置建设，为高压直流断路器工程应用以及试验标准制定奠定基础；

4)本发明提供的技术方案通过稳态电流试验电路、大电流试验电路和高压试验电路三部分试验电路的时序配合，能够实现高压直流断路器全电压、全电流分断工况，分断过程中的电流、电压以及热应力与实际系统分断的等效性高，可有效验证所设计的高压直流断路器分断性能以及设计的正确性；

5)本发明提供的技术方案可开展高压直流断路器的连续电流运行、过负荷电流运行、额定电流关合、短路电流关合、额定电流分断以及短路电流分断等多项测试，试验能力强，整体具备良好的等效性；

6)本发明提供的技术方案功能全面，集成度高，容量低，还能实现预期电流的测试，试验安全性高，投入成本低。

附图说明

图1是本发明实施例中高压直流断路器的合成试验装置结构示意图；

图2是本发明实施例中机械式直流断路器结构图；

图3是本发明实施例中固态式高压直流断路器结构图；

图4是本发明实施例中混合式高压直流断路器结构图；

图5是本发明实施例中高压直流断路器合成试验装置分断试验方法原理图；

图6是本发明实施例中高压直流断路器合成试验装置分断试验方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例提供的高压直流断路器的合成试验装置结构图如图1所示，其主要包括稳态电流试验电路、大电流试验电路和高压试验电路，其中的稳态电流试验电路、大电流试验电路和高压试验电路并联后，与高压直流断路器串联。

上述的稳态电流试验电路主要包括依次串联的交流电源、晶闸管整流桥和平波电抗；其中的交流电源输出的交流电经晶闸管整流桥进行整流，再经过平波电抗形成稳态电流。

由于上述的稳态电流试验电路主要包括依次串联的交流电源、晶闸管整流桥和平波电抗，所以其能够提供高压直流断路器稳态运行工况下的额定电流和过负荷电流，主要用于测试高压直流断路器的电流导通能力。

上述的大电流试验电路包括依次串联的低压直流电源、低压电容、谐振电抗和隔离开关K1；其中的低压电容的容值为毫法级。

由于上述的大电流试验电路包括依次串联的低压直流电源、低压电容、谐振电抗和隔离开关K1，所以其能够调节高压直流断路器在故障工况下产生的电流变化率和幅值，主要用于测试直流断路器电流分断性能。

上述的高压试验电路能够提供高压直流断路器分断所需要承受的直流电压，其主要包括依次串联的高压直流电源、高压电容和隔离开关K2，其中的高压电容的容值为微法级。

除了上述的稳态电流试验电路、大电流试验电路和高压试验电路，本发明实施例提供的合成试验装置还包括机械开关K3，该机械开关K3并联在高压直流断路器两端。

上述的高压直流断路器可以为机械式高压直流断路器，还可以为固态式高压直流断路器或混合式高压直流断路器。其中的机械式高压直流断路器具体结构图如图2所示，其包括主支路。转移支路和能量吸收支路，其中的B表示交流断路器，C表示电容，L表示电抗，MOV表示避雷器，S_C表示触发开关，S表示隔离开关，U_dc表示直流电源。其中的固态式高压直流断路器具体结构图如图3所示，其中MOV表示避雷器，多个IGBT串联后，与避雷器并联。其中的混合式高压直流断路器具体结构图如图4所示，其中MOV表示避雷器，K表示快速机械开关，混合式高压直流断路器主要包括主支路、转移支路和能量耗散支路，其中的主支路包括快速机械开关和全桥模块，其中的转移支路包括多个依次串联的全桥模块，其中的能量耗散支路包括多个避雷器，多个避雷器可以先串联后再并联在转移支路的两端，也可以单个避雷器并联在一个或多个转移支路中全桥模块的两端。

本发明实施例还提供一种采用上述的高压直流断路器的合成试验装置进行高压直流断路器的合成试验方法，该方法的具体原理图如图5所示，其中实线表示高压直流断路器电流，点划线表示高压直流断路器端电压，虚线表示各个触发时刻，T0表示稳态电流试验回路的触发时刻，T1表示大电流试验电路的触发时刻，T2表示高压直流断路器的分断时刻，T3表示高压试验电路的触发时刻。该高压直流断路器的合成试验方法具体流程图如图6所示，其具体过程如下：

S101：闭合机械开关K3，对稳态电流试验电路和大电流试验电路分别进行测试，得到稳态电流试验电路提供的高压直流断路器稳态运行工况下的额定电流，以及大电流试验电路提供的高压直流断路器在故障工况下产生的电流变化率和幅值；

S102：分断机械开关K3，触发高压直流断路器使其处于导通状态，通过低压直流电源给低压电容充电，并通过高压直流电源给高压电容充电；

S103：触发稳态电流试验电路，向高压直流断路器注入额定电流，直至高压直流断路器达到热平衡，之后触发大电流试验电路，向被试断路器注入故障电流；

S104：结合实际试验需求，在高压直流断路器的分段过程中触发高压试验电路，完成高压直流断路器分断试验。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高压直流断路器的合成试验装置，其特征在于，包括稳态电流试验电路、大电流试验电路和高压试验电路，所述稳态电流试验电路、大电流试验电路和高压试验电路并联后，与高压直流断路器串联。

2.根据权利要求1所述的高压直流断路器的合成试验装置，其特征在于，所述稳态电流试验电路包括依次串联的交流电源、晶闸管整流桥和平波电抗；

所述交流电源输出的交流电经晶闸管整流桥进行整流，再经过平波电抗形成稳态电流。

3.根据权利要求2所述的高压直流断路器的合成试验装置，其特征在于，所述稳态电流试验电路能够提供高压直流断路器稳态运行工况下的额定电流和过负荷电流，用于测试高压直流断路器的电流导通能力。

4.根据权利要求2所述的高压直流断路器的合成试验装置，其特征在于，所述大电流试验电路包括依次串联的低压直流电源、低压电容、谐振电抗和隔离开关K1；

所述低压电容的容值为毫法级。

5.根据权利要求4所述的高压直流断路器的合成试验装置，其特征在于，所述大电流试验电路能够调节高压直流断路器在故障工况下产生的电流变化率和幅值，用于测试直流断路器电流分断性能。

6.根据权利要求4所述的高压直流断路器的合成试验装置，其特征在于，所述高压试验电路能够提供高压直流断路器分断所需要承受的直流电压，其包括依次串联的高压直流电源、高压电容和隔离开关K2；

所述高压电容的容值为微法级。

7.根据权利要求1-6任一所述的高压直流断路器的合成试验装置，其特征在于，所述合成试验装置还包括机械开关K3，所述机械开关K3并联在高压直流断路器两端。

8.根据权利要求1-6任一所述的高压直流断路器的合成试验装置，其特征在于，所述高压直流断路器为机械式高压直流断路器、固态式高压直流断路器或混合式高压直流断路器。

9.一种采用权利要求6所述的高压直流断路器的合成试验装置进行高压直流断路器的合成试验方法，其特征在于，包括：

闭合机械开关K3，对稳态电流试验电路和大电流试验电路分别进行测试，得到稳态电流试验电路提供的高压直流断路器稳态运行工况下的额定电流，以及大电流试验电路提供的高压直流断路器在故障工况下产生的电流变化率和幅值；

分断机械开关K3，触发高压直流断路器使其处于导通状态，通过低压直流电源给低压电容充电，并通过高压直流电源给高压电容充电；

触发稳态电流试验电路，向高压直流断路器注入额定电流，直至高压直流断路器达到热平衡，之后触发大电流试验电路，向被试断路器注入故障电流；

结合实际试验需求，在高压直流断路器的分段过程中触发高压试验电路，完成高压直流断路器分断试验。