CN109655744A - 一种直流断路器测试电压生成电路及生成方法 - Google Patents

一种直流断路器测试电压生成电路及生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种直流断路器测试电压生成电路及生成方法，该电路包括：第一充电电路、第二充电电路、第一支撑电容、第二支撑电容、测试电压生成电路，第一充电电路与第一支撑电容并联后接至测试电压生成电路的一端，第二充电电路与第二支撑电容并联后接至测试电压生成电路的另一端，第一支撑电容与第二支撑电容接地，通过测试电压生成电路动作将第二支撑电容上的第二预设电压释放至以第一预设电压充电的第一支撑电容，生成测试电压加载至待测直流断路器试品。该测试电压的波形满足电压上升速度快、电压峰值持续时间长的特点，可提供同实际运行工况相当的高电压强度、电压变化率强度的电压波形，保障了直流断路器耐压测试结果的准确性。

Description

一种直流断路器测试电压生成电路及生成方法
技术领域
本发明涉及电力电子器件领域，具体涉及一种直流断路器测试电压生成电路及生成方法。
背景技术
高压直流断路器是直流电网建设的重要基础和关键性设备之一，其中，混合式高压直流断路器应用最为广泛。对直流断路器进行对地暂时电压耐受试验主要是为了检验直流断路器短时耐受过电压的能力，是保障直流电路器及直流电网的安全运行的重要基础。直流断路器在实际应用中所承受的过电压波形具有电压上升速度快、电压峰值持续时间长的特点，通常，直流断路器所承受过电压的近似电压波形为峰值超1000kV，电压波形上升时间小于20μs，电压峰值持续时间不低于50ms的方波，之后降低至500kV，如图1所示，因而对产生测试电压的实验装置的要求较高，目前，传统的冲击电压试验装置输出的电压波形满足电压上述速度快的特点，但是电压峰值的持续时间较短，半波时间往往为几个毫秒，无法保持50ms；而直流耐压试验装置则可以使得电压峰值的保持时间满足要求，但是电压上升速率较慢，电压上升时间需要数十秒，二者均无法完全模拟直流断路器真实的过电压的情况，进而影响直流断路器耐压测试结果的准确性。
发明内容
本发明实施例提供了一种直流断路器测试电压生成电路及生成方法，以克服现有技术中的测试电压波形与直流断路器真实承受的过电压波形存在较大的差异，进而直流断路器耐压测试结果的准确性的问题。
本发明实施例提供了一种直流断路器测试电压生成电路，包括：第一充电电路、第二充电电路、第一支撑电容、第二支撑电容、测试电压生成电路，其中，所述第一充电电路与所述第一支撑电容并联，用于为所述第一支撑电容充电至第一预设电压；所述第二充电电路与所述第二支撑电容连接，用于为所述第二支撑电容充电至第二预设电压，所述第二预设电压大于所述第一预设电压；所述测试电压生成电路分别与所述第一支撑电容及所述第二支撑电容的一端连接，所述第一支撑电容的另一端与所述第二支撑电容的另一端连接后接地；待测直流断路器试品与所述第一支撑电容并联；所述测试电压生成电路动作将所述第二支撑电容的第二预设电压释放至所述第一支撑电容，在所述第一支撑电容生成所述待测直流断路器试品的测试电压。
可选地，所述第一充电电路包括：第一直流电源及与所述第一直流电源串联的第一隔离开关。
可选地，所述第二充电电路包括：第二直流电源及与所述第二直流电源串联的第二隔离开关。
可选地，所述第一直流电源为直流耐压试验装置。
可选地，所述第二直流电源为直流耐压试验装置。
可选地，所述测试电压生成电路包括：点火球隙及与所述点火球隙连接的释放电阻，所述点火球隙通过所述释放电阻将所述第二支撑电容上的第二预设电压释放至所述第一支撑电容。
可选地，所述直流断路器测试电压生成电路还包括：电压释放电路，所述电压释放电路与所述待测直流断路器试品并联，用于对所述待测直流断路器试品两端的电压进行放电。
可选地，所述电压释放电路包括：第三开关和放电电阻，所述第三开关与所述放电电阻串联后接地。
本发明实施例还提供了一种直流断路器测试电压生成方法，该直流断路器测试电压生成方法应用于本发明另一实施例及其任一可选实施方式中所述的直流断路器测试电压生成电路，包括：将待测直流断路器试品接至所述第一支撑电容的两端，对所述待测直流断路器试品的二次板卡供电；所述第一充电电路给所述第一支撑电容充电至所述第一预设电压，所述第二充电电路给所述第二支撑电容充电至所述第二预设电压；所述测试电压生成电路动作将所述第二预设电压释放至所述第一支撑电容，所述第一支撑电容生成所述测试电压加载至所述待测直流断路器试品的两端。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明实施例提供的直流断路器测试电压生成电路，包括：第一充电电路、第二充电电路、第一支撑电容、第二支撑电容、测试电压生成电路，通过测试电压生成电路动作将第二充电电路充至第二支撑电容上的第二预设电压释放至第一充电电路以第一预设电压充电的第一支撑电容，在第一支撑电容上生成测试电压加载至待测直流断路器试品。使得所产生的测试电压的波形满足电压上升速度快、电压峰值持续时间长的特点，可提供同实际运行工况相当的高电压强度、电压变化率强度的电压波形，进而保障了直流断路器耐压测试结果的准确性。
2.本发明实施例提供的直流断路器测试电压生成方法，通过第一充电电路在第一支撑电容上维持电压试验波形要求的前期持续电压，第二充电电路在第二支撑电容上提供较高的电压，然后通过测试电压生成电路动作，将第二支撑电容上的高电压以一定速率施加至第一支撑电容上，进而施加在待测直流断路器试品两端，从而通过对测试电压生成电路动作的控制，实现两个电压的复合，进而在待测直流断路器试品两端产生满足电压上升速度快、电压峰值持续时间长特点的测试电压波形，可提供同实际运行工况相当的高电压强度、电压变化率强度的电压波形，进而保障了直流断路器耐压测试结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中测试电压的标准波形示意图；
图2为本发明实施例中混合式高压直流断路器的结构示意图；
图3为本发明实施例中直流断路器测试电压生成电路的结构示意图；
图4为本发明实施例中直流断路器测试电压生成电路的另一结构示意图；
图5为本发明实施例中直流断路器测试电压生成电路生成的测试电压的仿真波形图；
图6为本发明实施例中直流耐压装置生成的测试电压波形图；
图7为本发明实施例中冲击试验装置生成的测试电压波形图；
图8为本发明实施例中直流断路器测试电压生成方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
混合式高压直流断路器是高压直流断路器的主流技术路线，如图2所示，混合式高压直流断路器11由主支路101、转移支路102以及耗能支路103并联组成。主支路101由快速机械开关和少量电力电子模块串联组成，转移支路102由大量电力电子模块串联组成，耗能支路103由避雷器组串并联组成。其中，主支路101用于导通直流系统电流；转移支路102用于短时承载直流系统短路电流，并通过换流将电容串入故障回路，建立瞬态开断电压；耗能支路103用于抑制开断过电压和吸收线路及平抗储存能量。
本发明实施例提供了一种直流断路器测试电压生成电路，如图3所示，该直流断路器测试电压生成电路包括：第一充电电路1、第二充电电路2、第一支撑电容C1、第二支撑电容C2、测试电压生成电路3，其中，第一充电电路1与第一支撑电容C1并联，用于为第一支撑电容C1充电至第一预设电压；第二充电电路2与第二支撑电容C2连接，用于为第二支撑电容C2充电至第二预设电压，第二预设电压大于第一预设电压；测试电压生成电路3分别与第一支撑电容C1及第二支撑电容C2的一端连接，第一支撑电容C1的另一端与第二支撑电容C2的另一端连接后接地；待测直流断路器试品4与第一支撑电容C1并联；测试电压生成电路3动作将第二支撑电容C2的第二预设电压释放至第一支撑电容C1，在第一支撑电容C1生成待测直流断路器试品4的测试电压。
通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例的直流断路器测试电压生成电路，通过测试电压生成电路动作将第二充电电路充至第二支撑电容上的第二预设电压释放至第一充电电路以第一预设电压充电的第一支撑电容，在第一支撑电容上生成测试电压加载至待测直流断路器试品。使得所产生的测试电压的波形满足电压上升速度快、电压峰值持续时间长的特点，可提供同实际运行工况相当的高电压强度、电压变化率强度的电压波形，进而保障了直流断路器耐压测试结果的准确性。
在一较佳实施例中，如图4所示，上述的第一充电电路1包括：第一直流电源DC1及与第一直流电源DC1串联的第一隔离开关K1。具体地，闭合该第一隔离开关K1则第一直流电源DC1向上述的第一支撑电容C1充电至第一预设电压，在充电完成后，断开上述的第一隔离开关K1实现对上述第一直流电源DC1的隔离和保护，避免第一直流电源DC1因电路中电压过大而损坏。在实际应用中，上述的第一直流电源DC1为直流耐压试验装置，该直流耐压试验装置简称直高发又称高压发生器、中频直流高压发生器、高压直流发生器、直流高压发生器、直流发生器、便携式直流高压发生器、高频直流高压发生器、交直流高压发生器等。
在一较佳实施例中，如图4所示，上述的第二充电电路2包括：第二直流电源DC2及与第二直流电源DC2串联的第二隔离开关K2。具体地，闭合该第二隔离开关K2则第二直流电源DC2向上述的第二支撑电容C2充电至第二预设电压，在充电完成后，断开上述的第二隔离开关K2实现对上述第二直流电源DC2的隔离和保护，避免第二直流电源DC2因电路中电压过大而损坏。该第二预设电压大于第一预设电压，以便于通过第二支撑电容C2向第一支撑电容C1进行放电。在实际应用中，上述的第二直流电源DC2为直流耐压试验装置。
在一较佳实施例中，如图4所示，上述的测试电压生成电路3包括：点火球隙S及与点火球隙S连接的释放电阻R1，点火球隙S通过释放电阻R1将第二支撑电容C2上的第二预设电压释放至第一支撑电容C1，从而在第一支撑电容C1及待测直流断路器试品4两端产生满足电压波形的测试电压。
在一较佳实施例中，如图4所示，上述的直流断路器测试电压生成电路还包括：电压释放电路5，电压释放电路5与待测直流断路器试品4并联，用于对待测直流断路器试品4两端的电压进行放电。具体地，该电压释放电路5包括：第三开关K3和放电电阻R2，第三开关K3与放电电阻R2串联后接地。在实际应用中，当测试电压的持续时间达到符合要求的持续时间后，通过闭合上述的第三开关K3，可将待测直流断路器试品4两端的电压通过放电电阻R2快速降低至零，从而避免该待测直流断路器试品4由于长时间遭受过电压而损坏。
下面将以如图4所示的直流断路器测试电压生成电路为例，对本发明实施例的直流断路器测试电压生成电路的原理进行详细的说明。
在试验时，首先将待测直流断路器试品4接入直流断路器测试电压生成电路，即接至第一支撑电容C1的两端，并对该待测直流断路器试品4中的二次板卡供能；之后闭合第一隔离开关K1和第二隔离开关K2，使得第一直流电源DC1给第一支撑电容C1充电至第一预设电压U1，第二直流电源DC2给第二支撑电容C2充电至第二预设电压U2，且U2>U1；随后断开第一隔离开关K1和第二隔离开关K2，实现对第一直流电源DC1和第二直流电源DC2的隔离和保护；然后触发点火球隙S，将第二支撑电容C2上的电压通过释放电阻R1释放至待测直流断路器试品4及第一支撑电容C1两端，第一支撑电容C1及该待测直流断路器试品4两端产生满足波形要求的试验电压；最后在电压达到试验值的50ms后闭合第三开关K3，将试品两端电压通过放电电阻R2快速降低至零，该直流断路器测试电压生成电路所产生的测试电压的仿真波形如图5所示，具体地，在仿真实验中，该电压仿真波形中从第一预设电压U1到第二预设电压U2的时间为15μs左右，完全满足在实际工况中电压波形上升时间小于20μs。
图6为传统的采用直流耐压试验装置输出的测试电压波形，图7为传统的采用冲击电压试验装置输出的电压波形，由图5-图7可以看出，本发明实施例提供的直流断路器测试电压生成电路所生成的测试电压与直流断路器实际承受的过电压波形最为接近，可以更好的模拟直流断路器的实际工况。通过对上述第一直流电源DC1、第二直流电源DC2、第一电支撑电容、第二支撑电容C2及点火球隙S等的精准控制，本发明实施例的直流断路器测试电压生成电路可将高电压应力源有序施加在待测直流断路器试品4两端，使待测直流断路器试品4耐受同实际工况同样恶劣的试验强度。
通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例的直流断路器测试电压生成电路通过测试电压生成电路动作将第二充电电路充至第二支撑电容上的第二预设电压释放至第一充电电路以第一预设电压充电的第一支撑电容，在第一支撑电容上生成测试电压加载至待测直流断路器试品。使得所产生的测试电压的波形满足电压上升速度快、电压峰值持续时间长的特点，可提供同实际运行工况相当的高电压强度、电压变化率强度的电压波形，进而保障了直流断路器耐压测试结果的准确性。
实施例2
本发明实施例提供了一种直流断路器测试电压生成方法，该直流断路器测试电压生成方法应用于实施例1中的直流断路器测试电压生成电路，如图8所示，该方法包括：
步骤S1：将待测直流断路器试品4接至第一支撑电容C1的两端，对待测直流断路器试品4的二次板卡供电。详细内容参见实施例1中直流断路器测试电压生成电路的相关描述。
步骤S2：第一充电电路1给第一支撑电容C1充电至第一预设电压，第二充电电路2给第二支撑电容C2充电至第二预设电压。详细内容参见实施例1中直流断路器测试电压生成电路的相关描述。
步骤S3：测试电压生成电路3动作将第二预设电压释放至第一支撑电容C1，第一支撑电容C1生成测试电压加载至待测直流断路器试品4的两端。详细内容参见实施例1中直流断路器测试电压生成电路的相关描述。
通过上述的步骤S1至步骤S3，本发明实施例的直流断路器测试电压生成方法，通过第一充电电路在第一支撑电容上维持电压试验波形要求的前期持续电压，第二充电电路在第二支撑电容上提供较高的电压，然后通过测试电压生成电路动作，将第二支撑电容上的高电压以一定速率施加至第一支撑电容上，进而施加在待测直流断路器试品两端，从而通过对测试电压生成电路动作的控制，实现两个电压的复合，进而在待测直流断路器试品两端产生满足电压上升速度快、电压峰值持续时间长特点的测试电压波形，可提供同实际运行工况相当的高电压强度、电压变化率强度的电压波形，进而保障了直流断路器耐压测试结果的准确性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种直流断路器测试电压生成电路，其特征在于，包括：第一充电电路(1)、第二充电电路(2)、第一支撑电容(C1)、第二支撑电容(C2)、测试电压生成电路(3)，其中，
所述第一充电电路(1)与所述第一支撑电容(C1)并联，用于为所述第一支撑电容(C1)充电至第一预设电压；
所述第二充电电路(2)与所述第二支撑电容(C2)连接，用于为所述第二支撑电容(C2)充电至第二预设电压，所述第二预设电压大于所述第一预设电压；
所述测试电压生成电路(3)分别与所述第一支撑电容(C1)及所述第二支撑电容(C2)的一端连接，所述第一支撑电容(C1)的另一端与所述第二支撑电容(C2)的另一端连接后接地；
待测直流断路器试品(4)与所述第一支撑电容(C1)并联；
所述测试电压生成电路(3)动作将所述第二支撑电容(C2)的第二预设电压释放至所述第一支撑电容(C1)，在所述第一支撑电容(C1)生成所述待测直流断路器试品(4)的测试电压。
2.根据权利要求1所述的直流断路器测试电压生成电路，其特征在于，所述第一充电电路(1)包括：第一直流电源(DC1)及与所述第一直流电源(DC1)串联的第一隔离开关(K1)。
3.根据权利要求1所述的直流断路器测试电压生成电路，其特征在于，所述第二充电电路(2)包括：第二直流电源(DC2)及与所述第二直流电源(DC2)串联的第二隔离开关(K2)。
4.根据权利要求2所述的直流断路器测试电压生成电路，其特征在于，所述第一直流电源(DC1)为直流耐压试验装置。
5.根据权利要求3所述的直流断路器测试电压生成电路，其特征在于，所述第二直流电源(DC2)为直流耐压试验装置。
6.根据权利要求1所述的直流断路器测试电压生成电路，其特征在于，所述测试电压生成电路(3)包括：点火球隙(S)及与所述点火球隙(S)连接的释放电阻(R1)，所述点火球隙(S)通过所述释放电阻(R1)将所述第二支撑电容(C2)上的第二预设电压释放至所述第一支撑电容(C1)。
7.根据权利要求1所述的直流断路器测试电压生成电路，其特征在于，还包括：电压释放电路(5)，所述电压释放电路(5)与所述待测直流断路器试品(4)并联，用于对所述待测直流断路器试品(4)两端的电压进行放电。
8.根据权利要求7所述的直流断路器测试电压生成电路，其特征在于，
所述电压释放电路(5)包括：第三开关(K3)和放电电阻(R2)，所述第三开关(K3)与所述放电电阻(R2)串联后接地。
9.一种直流断路器测试电压生成方法，其特征在于，所述直流断路器测试电压生成方法应用于如权利要求1-8中任一项所述的直流断路器测试电压生成电路，包括：
将待测直流断路器试品(4)接至所述第一支撑电容(C1)的两端，对所述待测直流断路器试品(4)的二次板卡供电；
所述第一充电电路(1)给所述第一支撑电容(C1)充电至所述第一预设电压，所述第二充电电路(2)给所述第二支撑电容(C2)充电至所述第二预设电压；
所述测试电压生成电路(3)动作将所述第二预设电压释放至所述第一支撑电容(C1)，所述第一支撑电容(C1)生成所述测试电压加载至所述待测直流断路器试品(4)的两端。
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