CN110073229B - 直流断路器的试验装置 - Google Patents

Abstract

提供检验直流断路器的断路性能的直流断路器的试验装置。在将直流电流断路的直流断路器的试验装置中，具备：电流源电路(A)，对直流断路器(1)供给与事故电流相当的电流；以及电压源电路(B)，对直流断路器(1)供给恢复电压，电压源电路(B)具有：电压源电容器(10)，用于施加恢复电压；以及第一电阻(12)，与电压源电容器(10)串联连接。

Description

直流断路器的试验装置

技术领域

本发明的实施方式涉及用于检验直流断路器的断路性能的试验装置。

背景技术

为了针对交流电力系统相对于因雷击等导致的短路事故而进行系统保护，使用大容量的交流断路器。关于该交流断路器的断路试验方法，公知有被称为合成试验方法的试验方法(例如参照非专利文献1)。该合成试验方法使用对作为试验对象的交流断路器供给与事故电流相当的短路电流的电流源电路、和供给高频电流并用于施加恢复电压的电压源电路分别并联连接而成的试验装置进行。

具体地说，按照以下的(1)～(4)的步骤进行交流断路器的断路试验。

(1)从电流源电路对交流断路器供给与事故电流相当的交流的短路电流。

(2)在该短路电流即将变为最终零值前从电压源电路供给高频电流，使得从电流源电路以及电压源电路这2个电路朝交流断路器流动重叠电流。

(3)将电流源电路在短路电流成为最终零值的时刻从交流断路器断路。

(4)然后，将高频电流利用交流断路器断路，使得在该交流断路器的端子间产生恢复电压。

然而，为了针对直流系统相对于短路事故进行系统保护，使用直流断路器。直流断路器将因短路等导致的事故电流断路。为了可靠地进行这样的系统保护，对于直流断路器，根据所使用的直流系统而要求预定的断路性能。

作为直流断路器的断路试验方法，存在如下的方法：将来自交流的短路发电机的短路事故电流用整流器整流成直流电流，供给模拟直流系统事故的短路时的事故电流。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：电気学会电気規格調査会標準規格交流遮断器JEC-2300-1998

发明内容

发明所要解决的课题

但是，近年来，直流断路器的大容量化不断发展。因此，在使用以往的整流器的试验方法中，需要设置大容量的整流器，存在试验设备的大型化或设备导入需要大量的投资的问题。此外，在使用大容量的整流器的试验方法中在试验效率上存在问题。因此，难以采用使用以往的整流器的试验方法，谋求其他的试验方法。

针对这点，考虑将在交流断路器的合成试验方法中使用的试验装置用于直流断路器的断路性能试验。但是，在该情况下，由于交流与直流的差异，无法按照上述那样的步骤进行断路性能试验。即、在上述的合成试验方法中，无法对直流断路器施加与直流系统的事故相当的电流、电压的双方，无法检验直流断路器的断路性能。

本发明的实施方式所涉及的直流断路器的试验装置是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种检验直流断路器的断路性能的直流断路器的试验装置。

用于解决课题的手段

为了达成上述目的，本实施方式的直流断路器的试验装置为，该直流断路器将直流电流断路，该直流断路器的试验装置的特征在于，具备：电流源电路，对上述直流断路器供给与事故电流相当的电流；以及电压源电路，对上述直流断路器供给恢复电压，上述电压源电路具有：电压源电容器，用于施加上述恢复电压；以及第一电阻，与上述电压源电容器串联连接，上述第一电阻的电阻值是使得上述电压源电路对上述直流断路器供给的电流为与上述事故电流相当的电流的1000分之1以下的值。

附图说明

图1是示出实施方式所涉及的直流断路器的试验装置的结构的电路图。

图2是使用实施方式所涉及的直流断路器的试验装置的试验方法的进行短路电流断路的过程中的电流波形图。

图3是使用实施方式所涉及的直流断路器的试验装置的试验方法的进行短路电流断路的过程中的电压波形图。

具体实施方式

[1.实施方式]

[1－1.整体结构]

以下，参照图1～图3对本实施方式所涉及的直流断路器的试验装置和使用该装置的直流断路器的试验方法进行说明。图1是示出本实施方式所涉及的直流断路器的试验装置的结构的电路图。

直流断路器的试验装置是对作为试验对象的直流断路器1的直流电流的断路性能进行试验的装置。本试验装置为了模拟直流系统的故障的产生而具备后述的2个电源电路。作为直流系统，例如能够举出长距离送电或电力公司间等的直流送电系统、或大厦或大型商业设施等的直流配电、电气化铁路等的直流系统等。

直流断路器1是将在直流断路器1内流动的直流电流断路的断路器。直流断路器1例如能够以额定断路电流为数kA～数十kA、额定电压为数十kV～数百kV的直流断路器1作为对象。直流断路器1具备断路部101和能量吸收部102。断路部101和能量吸收部102并联设置。

断路器101是进行在电路中流动的电流的断路/接通的开关。作为断路部101，构成为包含使用了半导体的半导体断路部。该断路部101除了半导体断路部之外，也可以包含以机械方式进行断路/接通的机械式的断路部。

能量吸收部102是所谓的过电压吸收器(以下也称为过电压吸收器102)。过电压吸收器102进行施加于过电压吸收器102的过渡性高电压的能量的吸收。过电压吸收器102限制断路部101断路后的电压的大小。

在直流断路器1并联连接有2个不同的电源电路。即、本实施方式所涉及的试验装置具备对直流断路器1供给交流的电流的电流源电路A、和对直流断路器1施加恢复电压的电压源电路B，上述电路A、B相对于直流断路器1并联连接。

[1－2.详细结构]

(电流源电路)

电流源电路A对直流断路器1供给交流的电流。电流源电路A构成为包含短路发电机2、保护断路器3、接通开关4、电抗器5、电阻6、电容器7、以及辅助断路器8。

短路发电机2是产生短路电流的发电机。从短路发电机2产生的短路电流是交流的电流。该交流电流的频率是使得交流电流的1/4周期的时间为直流断路器1的断路时间以上的频率。由短路发电机2产生的短路电流经由电抗器5而对直流断路器1输出。

在短路发电机2和直流断路器1之间设置有保护断路器3、接通开关4以及电抗器5。接通开关4是用于将短路发电机2连接于试验电路的开闭器，对短路发电机2相对于直流断路器1的连接和断路进行切换。保护断路器3是进行在电流源电路A中流动的交流的短路电流的断路的断路器。保护断路器3在该交流的短路电流的电流零点进行断路。

此外，在电流源电路A设置有辅助断路器8和电涌吸收部41。辅助断路器8与短路发电机2连接，对作为试验对象的直流断路器1与短路发电机2的连接和断路进行切换。辅助断路器8例如是机械式的断路器。辅助断路器8在电流源电路A中设置在各设备中的最靠直流断路器1侧的位置。当辅助断路器8处于接通状态时，能够从短路发电机2朝直流断路器1供给电流，当辅助断路器8处于断路状态时，电流源电路A被从直流断路器1分离，无法从短路发电机2朝直流断路器1供给电流。但是，在辅助断路器8为机械式断路器的情况下，即便在辅助断路器8成为断开状态后，也可以在预定时间内在电极间产生电弧。

电涌吸收部41与辅助断路器8连接，吸收利用辅助断路器8断路时产生的电涌。电涌吸收部41由前述的电阻6和电容器7串联连接而成，电容器7经由电阻6吸收电涌，使得容易进行借助辅助断路器8执行的断路。

(电压源电路)

电压源电路B对直流断路器1施加恢复电压。电压源电路B构成为包含电压源电容器10、充电装置9、启动开关11、电阻12、电阻13以及电容器14。

电压源电容器10是成为电压源电路B的电压源的直流电容器。电压源电容器10在启动开关11处于接通状态的情况下经由电阻12对直流断路器1施加恢复电压。电压源电容器10具有供给设置有直流断路器1的直流系统事故时的短路电流的一部分的容量。并且，关于恢复电压，也可以一并使用其他电容器进行过渡恢复电压的调整。

充电装置9与电压源电容器10并联连接，是对电压源电容器10充电的装置。启动开关11是对来自电压源电容器10的电压施加的导通和截止进行切换的设备。

电压源电路B以电压源电容器10作为直流电压源，具备过渡电路(CR电路)。即、相对于电压源电容器10串联连接有电阻12、电阻13以及电容器14，构成过渡电路。该过渡电路使得产生过渡现象而对施加于直流断路器1的电压进行调整。

电容器14是对电压源电容器10供给的电压进行调整的电压调整用电容器。此处，电容器14是与电压源电容器10一并使用而对在直流系统事故时施加于直流断路器1的电压进行调整的电容器。电阻13是过渡现象调整用的电阻。

电阻12是调整从电压源电路B朝直流断路器1供给的电流以及电压的电阻。电阻12的电阻值是使得电压源电路B朝直流断路器1供给的电流值成为电流源电路A朝直流断路器1供给的与事故电流相当的电流的1000分之1以下的微小的电流值的值。例如，若直流断路器1的额定电压小于50kV、电压源电容器10的电压为50kV、与事故电流相当的电流为1kA，则从电压源电路B供给的电流为1A以下，能够使电阻12的电阻值为50kΩ。这样，电阻12具有数十kΩ以上的非常大的电阻值，同与事故电流相当的电流相比从电压源电路B仅对直流断路器1供给微小的电流，因此能够抑制电压源电容器10的电压下降。另外，电阻12的电阻值也可以基于朝直流断路器1供给的恢复电压以及电阻12的额定功率决定。

[1－3.试验方法]

本实施方式的试验方法是用于检验包含半导体断路器的直流断路器的、直流系统的短路事故电流的断路性能的方法，使用上述实施方式的试验装置进行。使用图2以及图3对该试验方法进行说明。图2是本试验方法的进行短路电流断路的过程中的电流波形图。图3是本试验方法的进行短路电流断路的过程中的电压波形图。

在试验开始时，直流断路器1与试验装置连接，保护断路器3以及辅助断路器8处于闭合状态、接通开关4以及启动开关11处于开路状态、短路发电机2预先被设为预定电压下的励磁状态、电压源电容器10处于借助充电装置9被预先充电至预定的电压的状态。

首先，如图2所示，在时刻A将接通开关4闭合，从短路发电机2朝直流断路器1的断路部101供给交流电流。该交流电流在时刻A为0A，然后上升。该交流电流的大小由电抗器5调整。另外，利用短路发电机2而在电抗器5蓄积能量。

其次，在从时刻A至时刻B的任意的时刻，将启动开关11接通。关于该启动开关11的接通定时，只要在由直流断路器1的断路部101进行的电流断路以前进行即可，可以在该电流断路的同时或其紧前进行。此处，如图3所示，启动开关11的接通定时为时刻A。

若将启动开关11接通，则朝断路部101供给由电压源电容器10和电阻12决定的直流电流。即、通过启动开关11的接通，电压源电路B与直流断路器连接，对来自短路发电机2的交流电流重叠有来自电压源电路B的直流电流。但是，从电压源电路B供给的直流电流相对于从电流源电路A供给的交流电流为1000分之1以下、优选为10000分之1以下，是微小的电流。该重叠后的电流15如图2所示被朝断路部101供给并逐渐上升。

并且，通过启动开关11接通，电压源电路B与直流断路器1连接，由此对直流断路器1施加有电压。由于电压源电路B的主电源为电压源电容器10，因此电压源电容器10的电压因该放电而逐渐下降。但是，在本实施方式中，电阻12为数十kΩ的程度的非常大的电阻值，因此，如图3所示，电压源电容器10的电压下降非常平缓。换言之，电压源电容器10的电压维持预先被充电的电压值。

在成为重叠的电流15后，在该电流15成为与事故电流相当的电流以上的时刻B，使断路部101以及辅助断路器8开路而进行电流截断，将电流15断路。在本实施方式中，在到达与事故电流相当的电流的时刻将电流15断路。

通过该断路，由电抗器5产生的过渡电压被施加至直流断路器1的极间。即、由于辅助断路器8是机械式的断路器，因此即便辅助断路器8的接点间离开也会在接点间产生电弧放电，因此利用电抗器5对直流断路器1的极间施加有过渡电压。关于该过渡电压，过电压吸收器102吸收过电压。关于该吸收动作，如图2所示，作为过电压吸收器电流16显现。即、在过电压吸收器电流16流动的期间，在辅助断路器8持续产生电弧放电。

另外，由电抗器5产生的过渡电压也被施加于电容器14。但是，过渡电压的量的能量的大部分由过电压吸收器102吸收。

若在时刻C由过电压吸收器102进行的过电压的吸收动作结束，则电流源电路A由辅助断路器8从直流断路器1分离。在时刻C以后，如图3所示，由电压源电路B的电压源电容器10、电阻12、电阻13以及电容器14决定的电压成为施加在直流断路器1的极间的电压17而施加于直流断路器1。时刻C的电压源电容器10的电压为与因直流系统的事故而导致的电流断路时施加于直流断路器1的电压相当的电压或其以上的电压。

如上，在对直流断路器1供给小于与事故电流相当的电流的电流的阶段、且电流断路前，将电压源电路B与直流断路器1连接，由此对直流断路器1进行电流供给和电压施加的双方。由此，在电流断路时，能够对直流断路器1赋予与因直流系统的事故而导致的事故电流相当的电流、与伴随该事故施加的电压相当的电压即预定的恢复电压，因此能够检验直流断路器1的断路性能。

特别是，由于将电阻12形成为非常大的电阻值，因此，即便在直流断路器1的断路部101的开路时刻即时刻B以前将电压源电路B与直流断路器1连接，也几乎不会从电压源电路B朝直流断路器1流动电流。因此，能够维持电压源电容器10的电压，能够供给稳定的恢复电压。由此，能够通过1次试验检验电流断路性能和电流断路后的耐压性能。

[试验方法的变形例]

在上述的试验方法中，使启动开关11的接通定时在利用直流断路器1进行的电流断路前、且在该断路前将电压源电路B与直流断路器1连接，但只要能够在电流断路时对直流断路器1赋予与事故电流相当的电流和与伴随着事故电流断路的电压相当的预定的恢复电压即可，电压源电路B相对于直流断路器1的连接定时也可以是该断路的同时。即便这样，也能够在电流断路时赋予与事故电流相当的电流和与伴随着事故电流断路的电压相当预定的恢复电压。

[1－4.效果]

(1)关于本实施方式的直流断路器的试验装置，在将直流电流断路的直流断路器的试验装置中，具备：电流源电路A，对直流断路器1供给与事故电流相当的电流；以及电压源电路B，对直流断路器1供给恢复电压，电压源电路B具有：电压源电容器10，用于施加恢复电压；以及第一电阻12，与电压源电容器10串联连接。

由此，能够利用电流源电路A试验直流断路器1的电流断路性能，并且，通过在电压源电路B设置电阻12，能够对直流断路器1施加稳定的恢复电压，因此能够试验耐压性能。因而，根据本实施方式，能够试验直流断路器1的电流断路性能以及电流断路后的耐压性能。因此，根据本实施方式，能够提供检验直流断路器的断路性能的直流断路器的试验装置。

(2)电阻12的电阻值是使得电压源电路B对直流断路器1供给的电流为与事故电流相当的电流的1000分之1以下的值。由此，能够抑制电压源电容器10的电压下降，能够在电流断路后稳定地供给高恢复电压。因此，能够进行可靠性高的试验。

(3)电流源电路B具有：短路发电机2，与直流断路器1连接，产生交流电流；接通开关4，连接在短路发电机2与直流断路器1之间，进行电流的断路以及接通；电抗器5，连接在短路发电机2与直流断路器1之间；以及机械式的辅助断路器8，连接在电抗器5与直流断路器1之间。

由此，能够对直流断路器1供给与事故电流相当的电流。即、能够模拟设置有直流断路器1的直流系统的事故，能够检验直流断路器1的断路性能。并且，作为该电流源电路B，能够使用与一般的交流断路器的大功率试验设备的电流源电路相同的设备。因而，能够利用在交流断路器的合成试验方法中使用的已有的试验装置进行直流断路器1的断路试验，因此无需另行准备设备投资或设备配置的占地等。并且，无需导入昂贵且大型化的大容量的直流发电机或整流器。因而，能够廉价地获得直流断路器1的试验装置，能够获得经济上的优点。

(4)电压源电路B具有：电阻13，与电阻12串联连接；以及电容器14，与电阻13串联连接。由此，能够调整朝直流断路器1供给的恢复电压。

[2.其他实施方式]

在本说明书中对本发明所涉及的多个实施方式进行了说明，但上述实施方式只不过是作为例子加以提示，并非意图限定发明的范围。以上的实施方式能够以其他各种各样的方式实施，能够在不脱离发明的主旨的范围进行各种省略或置换、变更。上述实施方式及其变形包含于发明的范围或主旨中，并且同样包含于技术方案中记载的发明及其等同的范围中。

作为其他实施方式，上述的断路瞬时的试验方法或断路后的试验方法也可以并不由操作人员实现，而是通过设置控制部来实现。即、也可以形成为：控制部是具有存储了用于进行序列管理的程序的记录介质的计算机，通过执行该程序，对各电路A、B各自的设备在预定的定时输出连接或者断路的指令。

过电压吸收器102设置在直流断路器1的内部，但只要与断路部101并联设置即可，也可以设置在直流断路器1的外部。

附图标记说明

1 直流断路器

101 断路部

102 过电压吸收器

A 电流源电路

2 短路发电机

3 保护断路器

4 接通开关

5 电抗器

6 电阻

7 电容器

8 辅助断路器

41 电涌吸收部

B 电压源电路

9 充电装置

10 电压源电容器

11 启动开关

12 电阻

13 电阻

14 电容器

15 电流

16 过电压吸收器电流

17 恢复电压

18 电压源电容器电压

Claims (4)

1.一种直流断路器的试验装置，该直流断路器将直流电流断路，该直流断路器的试验装置的特征在于，具备：

电流源电路，对上述直流断路器供给与事故电流相当的电流；以及

电压源电路，对上述直流断路器供给恢复电压，

上述电压源电路具有：

电压源电容器，用于施加上述恢复电压；以及

第一电阻，与上述电压源电容器串联连接，

上述第一电阻的电阻值是使得上述电压源电路对上述直流断路器供给的电流为与上述事故电流相当的电流的1000分之1以下的值。

2.根据权利要求1所述的直流断路器的试验装置，其特征在于，

上述电流源电路具有：

短路发电机，与上述直流断路器连接，产生交流电流；

接通开闭部，连接在上述短路发电机与上述直流断路器之间，进行电流的断路以及接通；

电抗器，连接在上述短路发电机与上述直流断路器之间；以及

机械式断路器，连接在上述电抗器与上述直流断路器之间。

3.根据权利要求2所述的直流断路器的试验装置，其特征在于，

上述电压源电路具有：

第二电阻，与上述第一电阻串联连接；

电容器，与上述第二电阻串联连接；以及

开关，切换上述电压源电容器相对于上述直流断路器的连接和断路。

4.根据权利要求3所述的直流断路器的试验装置，其特征在于，

具备控制部，该控制部对上述接通开闭部、上述机械式断路器以及上述开关进行控制，

上述控制部为，

使上述接通开闭部以及上述机械式断路器将上述短路发电机与上述直流断路器连接，

使上述开关在上述直流断路器断路以前将上述电压源电容器与上述直流断路器连接，

在上述直流断路器断路的同时使上述接通开闭部以及上述机械式断路器断路。

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