CN110161405B - 一种三电源直流开断合成试验回路及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三电源直流开断合成试验回路及其试验方法。在电流源与换流源构成常规直流开断试验回路基础上，新增恢复电压源提供等效TRV幅值及其持续作用，按照预设时序控制电流源、换流源和恢复电压源对试品开关提供大电流与高电压，提供等效试验参数的直流开断试验方法，并给出三种三电源结构型式适用于工程需求。相对直接试验方法而言，本发明三电源直流开断合成试验回路结构更加简单；相对单独LC电源直流开断试验而言，本发明三电源直流开断合成试验回路的电容电感成本低，空间体积小；相对两电源LC直流开断试验法而言，本发明三电源直流开断合成试验回路具有直流系统开断等价性，能够满足TRV的幅值和持续时间要求。

Description

一种三电源直流开断合成试验回路及其试验方法

技术领域

本发明涉及高压直流开关试验技术领域，特别是涉及一种三电源直流开断合成试验回路及其试验方法。

背景技术

高压直流系统由于无自然过零点，短路故障阻抗小，短路电流上升速度快，导致高压直流断路器仍然是多端柔性直流输电工程发展的技术瓶颈之一。基于有源换流原理的高压直流断路器在中高频换流开断过程中，人工强迫短路电流短时过零，以避免破坏直流系统和维持系统电压，保证直流系统非故障线路端站正常运行，直流断路器的非现场试验电路也成为检验开断性能的重要方式。

然而目前高压直流断路器的试验电路仍然面临着经济性和等价性的难题。由于高压直流开断的直接试验方法往往采用发电机、换流阀与保护装置等设备组成，因此建设成本高，占用试验空间大，系统结构复杂，在型式试验方面使用较多，但该方法不具有普遍适用性。而单独LC电源的直流开断试验法采用高等级预充电电压的大容量电容器和大容量电感组成，无复杂的直流系统配套装置，虽然可直接等效直接试验方法，但高电压大容量电容器与电感仍具有较高建设成本与较大试验空间。另一种由LC电流源和LC换流源组成的两电源直流开断试验方法，采用低电压电流源提供大容量电流，高电压换流源提供反向中高频电流与暂态恢复电压TRV(Transient Recovery Voltage)，在相同电流和电压等级下，由于电流源电压低和换流源中高频振荡放电，电容器和电感相对成本低并且占用空间小，但试验回路总能量低，TRV的幅值和持续时间无法满足直流系统开断等价性。

发明内容

本发明的目的是提供一种三电源直流开断合成试验回路及其试验方法，以解决现有高压直流断路器开断试验方法建设成本高、占用空间大、TRV的幅值和持续时间无法满足直流系统开断等价性的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种三电源直流开断合成试验回路，所述三电源直流开断合成试验回路包括：并联试验装置、辅助开关、时序控制装置和接地装置；所述并联试验装置包括三电源、试品开关、缓冲支路、吸能支路和充电装置；所述三电源包括电流源、换流源和恢复电压源；所述充电装置包括直流电源和高压电源；所述辅助开关包括电流源充电辅助开关、电流源投入辅助开关、换流源投入辅助开关、恢复电压源投入辅助开关、恢复电压源充电辅助开关和换流源充电辅助开关；

其中，所述时序控制装置分别与所述电流源充电辅助开关的控制端、所述电流源投入辅助开关的控制端、所述试品开关的控制端、所述换流源投入辅助开关的控制端、所述恢复电压源投入辅助开关的控制端、所述恢复电压源充电辅助开关的控制端以及所述换流源充电辅助开关的控制端连接；

所述直流电源通过所述电流源充电辅助开关与所述电流源并联；所述电流源通过所述电流源投入辅助开关与所述试品开关并联；所述试品开关分别与所述并联缓冲支路和所述吸能支路并联；所述换流源通过所述换流源投入辅助开关与所述试品开关并联；所述恢复电压源通过所述恢复电压源投入辅助开关与所述换流源并联；所述高压电源通过所述恢复电压源充电辅助开关与所述恢复电压源并联；所述高压电源通过所述换流源充电辅助开关与所述换流源并联；所述接地装置连接于所述并联试验装置的低压侧一端。

可选的，所述电流源包括第一脉冲电容器和第一电感；所述缓冲支路包括缓冲电容和缓冲电阻；所述吸能支路包括多组氧化锌避雷器；所述换流源包括第二脉冲电容器和第二电感；所述恢复电压源包括第三脉冲电容器和大功率电阻；

所述缓冲电容与所述缓冲电阻串联后，与所述多组氧化锌避雷器并联；所述第一电感的一端连接所述电流源投入辅助开关的一端；所述第一电感的另一端连接所述第一脉冲电容器的一端；所述第一脉冲电容器的另一端接地；所述电流源投入辅助开关的另一端连接所述多组氧化锌避雷器的一端；所述多组氧化锌避雷器的另一端接地；所述第二电感的一端连接所述多组氧化锌避雷器的一端；所述第二电感的另一端连接所述第二脉冲电容器的一端；所述第二脉冲电容器的另一端连接所述换流源投入辅助开关的一端；所述换流源投入辅助开关的另一端接地。

可选的，所述第一脉冲电容器两端并联保护球隙。

可选的，所述试品开关的一端连接所述电流源投入辅助开关的另一端；所述试品开关的另一端接地；所述大功率电阻的一端连接所述试品开关的一端；所述大功率电阻的另一端连接所述恢复电压源投入辅助开关的一端；所述恢复电压源投入辅助开关的另一端连接所述第三脉冲电容器的一端；所述第三脉冲电容器的另一端接地。

可选的，所述试品开关的一端连接所述电流源投入辅助开关的另一端；所述试品开关的另一端接地；所述大功率电阻的一端连接所述第二脉冲电容器的一端；所述大功率电阻的另一端连接所述恢复电压源投入辅助开关的一端；所述恢复电压源投入辅助开关的另一端连接所述第三脉冲电容器的一端；所述第三脉冲电容器的另一端接地。

可选的，所述辅助开关还包括隔离辅助开关；

所述隔离辅助开关的一端连接所述电流源投入辅助开关的另一端；所述隔离辅助开关的另一端连接所述试品开关的一端；所述试品开关的另一端接地；所述大功率电阻的一端连接所述试品开关的一端；所述大功率电阻的另一端连接所述恢复电压源投入辅助开关的一端；所述恢复电压源投入辅助开关的另一端连接所述第三脉冲电容器的一端；所述第三脉冲电容器的另一端接地。

一种三电源直流开断合成试验回路的试验方法，所述试验方法基于所述三电源直流开断合成试验回路；所述试验方法包括：

在预充电阶段，通过时序控制装置控制辅助开关，使充电装置为三电源的脉冲电容器充电；

在直流开断合成试验阶段，通过所述时序控制装置控制所述辅助开关和试品开关，使所述三电源在预设时序控制下对所述试品开关投入电流与施加电压；

在接地放电阶段，通过所述时序控制装置控制所述辅助开关和所述试品开关，使所述三电源的残余电量经接地装置泄放。

可选的，所述在预充电阶段，通过时序控制装置控制辅助开关，使充电装置为三电源的脉冲电容器充电，具体包括：

在所述预充电阶段，所述辅助开关均为分断状态；

所述时序控制装置发出电流源充电控制信号驱动电流源充电辅助开关闭合，直流电源向电流源充电；所述电流源充电至第一设置值时，所述时序控制装置关闭所述电流源充电控制信号，所述电流源充电辅助开关分断，所述电流源预充电完成；

所述时序控制装置发出换流源充电控制信号驱动换流源充电辅助开关闭合，高压电源向换流源充电；所述换流源充电至第二设置值时，所述时序控制装置关闭所述换流源充电控制信号，所述换流源充电辅助开关分断，所述换流源预充电完成；

所述时序控制装置发出恢复电压源充电控制信号驱动恢复电压源充电辅助开关闭合，所述高压电源向恢复电压源充电；所述恢复电压源充电至第三设置值时，所述时序控制装置关闭所述恢复电压源充电控制信号，所述恢复电压源充电辅助开关分断，所述恢复电压源预充电完成。

可选的，所述在直流开断合成试验阶段，通过所述时序控制装置控制所述辅助开关和试品开关，使所述三电源在预设时序控制下对所述试品开关投入电流与施加电压，具体包括：

在所述预充电阶段对所述三电源充电完成后，所述试品开关处于闭合导通状态，电流源投入辅助开关、换流源投入辅助开关和恢复电压源投入辅助开关均处于分断隔离状态；

试验开始，所述时序控制装置按照辅助开关时延设置值发送控制信号；首先所述时序控制装置发送电流源投入控制信号驱动电流源投入辅助开关闭合导通，在所述试品开关流通等价短路电流；当所述等价短路电流达到分闸设置值时，所述试品开关通过试品开关分断信号驱动分闸，所述试品开关断口间隙两端开始燃弧；当所述等价短路电流达到换流设置值时，所述时序控制装置发出换流源投入控制信号驱动换流源投入辅助开关闭合导通，换流源电流与电流源电流叠加振荡过零，所述试品开关电弧熄灭，所述试品开关断口两端承受换流源电压；当所述电流源与所述换流源构成串联回路振荡电流过零时,所述时序控制装置发出恢复电压源投入控制信号驱动恢复电压源投入辅助开关闭合导通，所述换流源与所述恢复电压源构成回路并联于所述试品开关，所述试品开关断口两端承受持续作用的恢复电压。

可选的，所述在接地放电阶段，通过所述时序控制装置控制所述辅助开关和所述试品开关，使所述三电源的残余电量经接地装置泄放，具体包括：

在所述预充电阶段和所述直流开断合成试验阶段完成后，根据试验过程状况要求，复位闭合导通所述试品开关，复位分断隔离所述辅助开关，对三电源的电流源、换流源和恢复电压源分别进行对地放电，以确保设备和试验人员安全。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种三电源直流开断合成试验回路及其试验方法，在两电源直流开断试验回路基础上，新增恢复电压源提供等效TRV幅值及其持续作用，按照预设时序控制电流源、换流源和恢复电压源对试品开关提供大电流与高电压。相对直接试验方法而言，本发明三电源直流开断合成试验回路结构更加简单；相对单独LC电源直流开断试验而言，本发明三电源直流开断合成试验回路的电容电感成本低，空间体积小；相对两电源LC直流开断试验法而言，本发明三电源直流开断合成试验回路具有直流系统开断等价性，能够满足TRV的幅值和持续时间要求。

此外由于现有直流工程包括点对点直流系统、环状和网状多端直流系统的结构型式，对直流开断的电流和电压变化需求不同，因此本发明基于三电源直流开断合成试验回路及试验方法，提供了恢复电压在不同位置的三种结构型式，能够为试品开关提供不同TRV幅值及其持续作用时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据本发明提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的三电源直流开断合成试验回路的总体结构示意图；

图2为本发明提供的三电源直流开断合成试验回路的具体结构示意图；

图3为本发明提供的三电源直流开断合成试验回路的电路连接示意图；

图4为本发明提供的恢复电压源并联换流源结构型式的试验回路示意图；

图5为本发明提供的恢复电压源并联换流源电容结构型式的试验回路示意图；

图6为本发明提供的恢复电压源并联试品开关型式的试验回路示意图；

图7为本发明提供的三电源直流开断合成试验过程示意图；

图中标号分别为：1并联试验装置，2辅助开关，3时序控制装置，4接地装置，101直流电源，102电流源，103试品开关，104缓冲支路，105吸能支路，106换流源，107恢复电压源，108高压电源，201电流源充电辅助开关，202电流源投入辅助开关，203换流源投入辅助开关，204恢复电压源投入辅助开关，205恢复电压源充电辅助开关，206换流源充电辅助开关，301电流源充电控制信号，302电流源投入控制信号，303试品开关分断信号，304换流源投入控制信号，305恢复电压源投入控制信号，306恢复电压源充电控制信号，307换流源充电控制信号。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明的目的是提供一种三电源直流开断合成试验回路及其试验方法，以解决现有高压直流断路器开断试验方法建设成本高、占用空间大、TRV的幅值和持续时间无法满足直流系统开断等价性等问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的三电源直流开断合成试验回路的总体结构示意图。参见图1，本发明提供的三电源直流开断合成试验回路包括：并联试验装置1、辅助开关2、时序控制装置3和接地装置4。本发明三电源直流开断合成试验回路为基于换流原理的直流断路器的试验回路，采用三电源时序控制的试验方法，考核直流断路器主开关(即本发明试品开关)的中高频换流开断耐受能力。

图2为本发明提供的三电源直流开断合成试验回路的具体结构示意图。参见图2，所述并联试验装置1包括三电源、试品开关103、缓冲支路104、吸能支路105和充电装置。其中，所述三电源包括电流源102、换流源106和恢复电压源107。所述充电装置包括直流电源101和高压电源108。所述辅助开关2包括电流源充电辅助开关201、电流源投入辅助开关202、换流源投入辅助开关203、恢复电压源投入辅助开关204、恢复电压源充电辅助开关205和换流源充电辅助开关206。

所述电流源102、换流源106、恢复电压源107与试品开关103采用全并联结构。所述缓冲支路104与所述吸能支路105均并联于试品开关103，用于抑制断口过电压。所述时序控制装置3为辅助开关2和试品开关103提供时序控制信号。所述充电装置通过辅助开关2的投入与隔离对三电源进行充电。所述接地装置4对试验回路起到接地保护与能量泄放的作用。

图3为本发明提供的三电源直流开断合成试验回路的电路连接示意图。参见图3，所述时序控制装置3分别与所述电流源充电辅助开关201的控制端、所述电流源投入辅助开关202的控制端、所述试品开关103的控制端、所述换流源投入辅助开关203的控制端、所述恢复电压源投入辅助开关204的控制端、所述恢复电压源充电辅助开关205的控制端以及所述换流源充电辅助开关206的控制端连接。所述时序控制装置3对辅助开关2提供控制信号，包括电流源充电控制信号301，电流源投入控制信号302，换流源投入控制信号304，恢复电压源投入控制信号305，恢复电压源充电控制信号306，换流源充电控制信号307。所述时序控制装置3还为并联试验装置1的试品开关103提供试品开关分断信号303。

所述直流电源101通过所述电流源充电辅助开关201与所述电流源102并联；所述电流源102通过所述电流源投入辅助开关202与所述试品开关103并联；所述试品开关103分别与所述并联缓冲支路104和所述吸能支路105并联；所述换流源106通过所述换流源投入辅助开关203与所述试品开关103并联；所述恢复电压源107通过所述恢复电压源投入辅助开关204与所述换流源106并联；所述高压电源108通过所述恢复电压源充电辅助开关205与所述恢复电压源107并联；所述高压电源108通过所述换流源充电辅助开关206与所述换流源106并联。所述时序控制装置3按照预定设置值，通过光纤收发器向试品开关103和辅助开关2发出控制信号。所述接地装置4连接于所述并联试验装置1的低压侧一端，用于带电装置对地放电。

其中，所述电流源102和换流源106均由脉冲电容器和电感组成，所述恢复电压源107由脉冲电容器和大功率电阻组成，所述试品开关103为被测高压直流断路器的主开关。所述缓冲支路104由高压薄膜电容和大功率电阻组成，所述吸能支路105由多组氧化锌避雷器阀片组成。所述时序控制装置3控制辅助开关2和试品开关103的时序动作。所述充电装置包括直流电源101和高压电源108，所述直流电源101为电流源102充电，所述高压电源108为换流源106和恢复电压源107充电。所述接地装置4用于为三电源合成试验后对地泄放剩余能量，所述接地装置4为试验回路经导电体接入大地，接地方式为试验回路中性点的工作接地或试验回路零电位的保护接地。

本发明提供的三电源直流开断合成试验回路(简称试验回路)包括三种结构型式，为试品开关103提供不同等价条件的暂态恢复电压。所述三种结构型式包括：一种结构型式为恢复电压源并联换流源，一种结构型式为恢复电压源并联换流源电容，一种结构型式为恢复电压源并联试品开关。所述恢复电压源并联换流源结构型式采用恢复电压源107与换流源106构成双电源并联结构，提供等价直流系统开断的恢复电压上升率及其幅值。所述恢复电压源并联换流源电容结构型式为换流源106补充能量并调频回路。所述恢复电压源并联试品开关结构型式在换流源106提供电流过零和换流恢复电压后，隔离换流源106，试品开关103只并联恢复电压源107提供恢复电压。

图4为本发明提供的恢复电压源并联换流源结构型式的试验回路示意图。图5为本发明提供的恢复电压源并联换流源电容结构型式的试验回路示意图。图6为本发明提供的恢复电压源并联试品开关型式的试验回路示意图。

如图4至图6所示，本发明针对不同直流系统工程拓扑结构对直流开断暂态恢复电压的影响，提供三种结构型式的三电源直流开断合成试验回路。三种结构型式中除试品开关103和恢复电压源107的连接方式不同外，其余电路连接方式均相同。

具体的，如图4至图6所示，所述电流源102包括第一脉冲电容器Ci和第一电感Li；所述第一脉冲电容组Ci并联保护球隙Gi防止试验回路过电压损坏脉冲电容组Ci。所述电流源投入辅助开关202可以是触发球隙或真空开关。所述缓冲支路104包括缓冲电容C0和缓冲电阻R0；所述吸能支路105包括多组氧化锌避雷器ZnO。所述换流源106包括第二脉冲电容器Cc和第二电感Lc；换流源投入辅助开关203可以是触发球隙或真空开关。所述恢复电压源107包括第三脉冲电容器Cu和大功率电阻Ru；恢复电压源投入辅助开关204可以是触发球隙或真空开关。

其中，所述缓冲电容C0与所述缓冲电阻R0串联后，与所述多组氧化锌避雷器ZnO并联；所述第一电感Li的一端连接所述电流源投入辅助开关202的一端；所述第一电感Li的另一端连接所述第一脉冲电容器Ci的一端；所述第一脉冲电容器Ci的另一端接地。所述电流源投入辅助开关202的另一端连接所述多组氧化锌避雷器ZnO的一端；所述多组氧化锌避雷器ZnO的另一端接地。所述第二电感Lc的一端连接所述多组氧化锌避雷器ZnO的一端；所述第二电感Lc的另一端连接所述第二脉冲电容器Cc的一端；所述第二脉冲电容器Cc的另一端连接所述换流源投入辅助开关203的一端；所述换流源投入辅助开关203的另一端接地。

如图4和图5所示，在本发明提供的恢复电压源并联换流源结构型式的试验回路和恢复电压源并联换流源电容结构型式的试验回路中，所述试品开关103均直接并联缓冲支路104和吸能支路105，但所述恢复电压源107的并联位置不同。

具体如图4所示，在本发明提供的恢复电压源并联换流源结构型式的试验回路中，所述试品开关103的一端连接所述电流源投入辅助开关202的另一端；所述试品开关103的另一端接地；所述大功率电阻Ru的一端连接所述试品开关103的一端；所述大功率电阻Ru的另一端连接所述恢复电压源投入辅助开关204的一端；所述恢复电压源投入辅助开关204的另一端连接所述第三脉冲电容器Cu的一端；所述第三脉冲电容器Cu的另一端接地。即所述恢复电压源107并联于换流源106两端。采用恢复电压源107并联换流源106结构型式时，在试品开关103开断电弧后，恢复电压源107补偿换流源106的恢复电压不足，恢复电压源107与换流源106构成回路并联于试品开关103，提供预定较高暂态恢复电压及其持续作用时间。

如图5所示，在本发明提供的恢复电压源并联换流源电容结构型式的试验回路中，所述试品开关103的一端连接所述电流源投入辅助开关202的另一端；所述试品开关103的另一端接地；所述大功率电阻Ru的一端连接所述第二脉冲电容器Cc的一端；所述大功率电阻Ru的另一端连接所述恢复电压源投入辅助开关204的一端；所述恢复电压源投入辅助开关204的另一端连接所述第三脉冲电容器Cu的一端；所述第三脉冲电容器Cu的另一端接地。即，所述恢复电压源107并联于换流源106的电容Cc两端。在采用恢复电压源107并联换流源电容Cc的结构型式时，在试品开关103开断电弧后，恢复电压源107为换流源106电容Cc提供较高电压和能量补充，通过换流源106电容Cc并联恢复电压源107构成调频回路，调节暂态恢复电压持续作用时间。

如图6所示，在本发明提供的恢复电压源并联试品开关型式的试验回路中，所述辅助开关2还包括隔离辅助开关K。所述隔离辅助开关K的一端连接所述电流源投入辅助开关202的另一端；所述隔离辅助开关K的另一端连接所述试品开关103的一端；所述试品开关103的另一端接地。所述大功率电阻Ru的一端连接所述试品开关103的一端；所述大功率电阻Ru的另一端连接所述恢复电压源投入辅助开关204的一端；所述恢复电压源投入辅助开关204的另一端连接所述第三脉冲电容器Cu的一端；所述第三脉冲电容器Cu的另一端接地。在恢复电压源107并联试品开关103的结构型式中，如图6所示，在试品开关103开断电弧后，换流源106提供前期部分暂态恢复电压，当换流源106电流过零后，恢复电压源107施加于试品开关103，试品开关103承受恢复电压源107的较高电压等价暂态恢复电压。其中试品开关103与恢复电压源107构成回路的上端增加辅助开关K，用于隔离电流源102和换流源106，时序控制装置3提供控制信号驱动辅助开关K。

本发明三电源直流开断合成试验回路主要创新点为增加恢复电压源107，提供低成本与等价性的直流开断合成试验。恢复电压源107只要并联于试品开关103及其周围电源两端即可，按照一定时序均可提供等价的TRV，因此本发明提供了三种结构型式均实现TRV的施加，作为参考的具体电路进行扩展性保护。

基于本发明提供的三电源直流开断合成试验回路，本发明还提供一种三电源直流开断合成试验回路的试验方法，所述试验方法包括预充电阶段、直流开断合成试验阶段和接地放电阶段。在直流开断合成试验阶段，所述电流源102为试品开关103提供等价短路电流，所述换流源106为试品开关103在短路故障时提供换流源电流强迫短路电流过零，所述恢复电压源107为试品开关103在短路电流过零后提供持续恢复电压。恢复电压源107为直流开断提供等价直流系统及其平波电抗器的暂态恢复电压持续作用，考核试品开关103的直流开断能力和绝缘能力。

所述试验方法具体包括：

(一)在预充电阶段，通过时序控制装置控制辅助开关，使充电装置为三电源的脉冲电容器充电。

所述试验方法在预充电阶段通过直流电源101和高压电源108向三电源预充电，所述预充电阶段的过程具体包括：

在所述预充电阶段，所述辅助开关2均为分断状态；

所述时序控制装置3发出电流源充电控制信号301驱动电流源充电辅助开关201闭合，直流电源101向电流源102充电；所述电流源102充电至第一设置值时，所述时序控制装置3关闭所述电流源充电控制信号301，所述电流源充电辅助开关201分断，所述电流源102预充电完成；

所述时序控制装置3发出换流源充电控制信号307驱动换流源充电辅助开关206闭合，高压电源108向换流源106充电；所述换流源106充电至第二设置值时，所述时序控制装置3关闭所述换流源充电控制信号307，所述换流源充电辅助开关206分断，所述换流源106预充电完成；

所述时序控制装置3发出恢复电压源充电控制信号306驱动恢复电压源充电辅助开关205闭合，所述高压电源108向恢复电压源107充电；所述恢复电压源107充电至第三设置值时，所述时序控制装置3关闭所述恢复电压源充电控制信号306，所述恢复电压源充电辅助开关205分断，所述恢复电压源107预充电完成。

(二)在直流开断合成试验阶段，通过所述时序控制装置控制所述辅助开关和试品开关，使所述三电源在预设时序控制下对所述试品开关投入电流与施加电压。

在直流开断合成试验阶段，通过控制辅助开关2导通三电源，向试品开关103提供等价短路电流、换流电流与暂态恢复电压，如图7所示。所述直流开断合成试验阶段的过程具体包括：

在所述预充电阶段对所述三电源充电完成后，所述试品开关103处于闭合导通状态，电流源投入辅助开关202、换流源投入辅助开关203和恢复电压源投入辅助开关204均处于分断隔离状态；

试验开始，所述时序控制装置3按照辅助开关时延设置值发送控制信号；首先所述时序控制装置3发送电流源投入控制信号302驱动电流源投入辅助开关202闭合导通，在所述试品开关103流通等价短路电流；当所述等价短路电流达到分闸设置值时，所述试品开关103通过试品开关分断信号303驱动分闸，所述试品开关103断口间隙两端开始燃弧；当所述等价短路电流达到换流设置值时，所述时序控制装置3发出换流源投入控制信号304驱动换流源投入辅助开关203闭合导通，换流源电流与电流源电流叠加振荡过零，所述试品开关103电弧熄灭，所述试品开关103断口两端承受换流源电压；当所述电流源102与所述换流源106构成串联回路振荡电流过零时,所述时序控制装置3发出恢复电压源投入控制信号305驱动恢复电压源投入辅助开关204闭合导通，所述换流源106与所述恢复电压源107构成回路并联于所述试品开关103，所述试品开关103断口两端承受持续作用的恢复电压。

在直流开断合成试验阶段的工作状态下，所述电流源102为试品开关103提供等价短路电流，所述等价短路电流的特性参数包括直流系统的短路电流幅值、短路电流时间和短路电流变化率。所述换流源106为试品开关103在短路故障时提供换流源电流，强迫短路电流过零，所述短路电流过零为换流源电流与电流源电流振荡叠加的过零电流。所述换流源电流的特性参数包括换流源电流时间、换流源电流变化率、换流源电压及换流源电压变化率，所述换流源电流幅值大于短路电流幅值。所述恢复电压源107为试品开关103在短路电流过零后提供持续恢复电压，所述持续恢复电压的特性参数包括恢复电压幅值和恢复电压持续时间。

(三)在接地放电阶段，通过所述时序控制装置控制所述辅助开关和所述试品开关，使所述三电源的残余电量经接地装置泄放。

在接地放电阶段，通过所述时序控制装置3复位辅助开关2，并对三电源残余能量通过接地装置4泄放。所述接地放电阶段的过程具体包括：

在所述预充电阶段和所述直流开断合成试验阶段完成后，根据试验过程状况要求，复位闭合导通所述试品开关103，复位分断隔离所述辅助开关2，对三电源的电流源102、换流源106和恢复电压源107分别进行对地放电，以确保设备和试验人员安全。

在接地放电阶段考虑放电电流较大，对接地装置可能有损坏，因此也可以在放电时加入水电阻进行限流。

与现有技术相比，本发明提供的试验回路及试验方法具有以下有益效果：

(1)本发明提出三电源直流开断合成试验回路，采用电流源、换流源和恢复电压源对试品开关提供等价直流开断的电流与电压，相对直接试验和传统LC单电源试验对直流断路器的现场测试，具有等价于直流系统开断的等价短路电流、换流电流和暂态恢复电压。

(2)本发明采用三组电源及其配套装置，分组功能实现节约实验室空间，时序控制与分组电源投入实现降低试验设备成本，提供等价性试验条件，三电源根据灵活的结构型式提供能量补充、调频回路与满足不同直流开断恢复电压能力。

(3)本发明公开的一种三电源直流开断合成试验回路及其试验方法，在直流开断试验系统中，由于电流源电压等级低，换流源与恢复电压源适配于电流转移过程和TRV高幅值持续作用，试验系统整体核算成本较低、占用空间小，直流开断全参数等价于实际直流系统，在直流断路器样机工程试验阶段起到等价性合成试验作用，是实现考核直流开断技术指标的重要试验方式之一。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种三电源直流开断合成试验回路，其特征在于，所述三电源直流开断合成试验回路包括：并联试验装置、辅助开关、时序控制装置和接地装置；所述并联试验装置包括三电源、试品开关、缓冲支路、吸能支路和充电装置；所述三电源包括电流源、换流源和恢复电压源；所述充电装置包括直流电源和高压电源；所述辅助开关包括电流源充电辅助开关、电流源投入辅助开关、换流源投入辅助开关、恢复电压源投入辅助开关、恢复电压源充电辅助开关和换流源充电辅助开关；

其中，所述时序控制装置分别与所述电流源充电辅助开关的控制端、所述电流源投入辅助开关的控制端、所述试品开关的控制端、所述换流源投入辅助开关的控制端、所述恢复电压源投入辅助开关的控制端、所述恢复电压源充电辅助开关的控制端以及所述换流源充电辅助开关的控制端连接；

所述直流电源通过所述电流源充电辅助开关与所述电流源并联；所述电流源通过所述电流源投入辅助开关与所述试品开关并联；所述试品开关分别与所述缓冲支路和所述吸能支路并联；所述换流源通过所述换流源投入辅助开关与所述试品开关并联；所述恢复电压源通过所述恢复电压源投入辅助开关与所述换流源并联；所述高压电源通过所述恢复电压源充电辅助开关与所述恢复电压源并联；所述高压电源通过所述换流源充电辅助开关与所述换流源并联；所述接地装置连接于所述并联试验装置的低压侧一端；

所述电流源包括第一脉冲电容器和第一电感；所述缓冲支路包括缓冲电容和缓冲电阻；所述吸能支路包括多组氧化锌避雷器；所述换流源包括第二脉冲电容器和第二电感；所述恢复电压源包括第三脉冲电容器和大功率电阻；

所述缓冲电容与所述缓冲电阻串联后，与所述多组氧化锌避雷器并联；所述第一电感的一端连接所述电流源投入辅助开关的一端；所述第一电感的另一端连接所述第一脉冲电容器的一端；所述第一脉冲电容器的另一端接地；所述电流源投入辅助开关的另一端连接所述多组氧化锌避雷器的一端；所述多组氧化锌避雷器的另一端接地；所述第二电感的一端连接所述多组氧化锌避雷器的一端；所述第二电感的另一端连接所述第二脉冲电容器的一端；所述第二脉冲电容器的另一端连接所述换流源投入辅助开关的一端；所述换流源投入辅助开关的另一端接地；

所述辅助开关还包括隔离辅助开关；

所述隔离辅助开关的一端连接所述电流源投入辅助开关的另一端；所述隔离辅助开关的另一端连接所述试品开关的一端；所述试品开关的另一端接地；所述大功率电阻的一端连接所述试品开关的一端；所述大功率电阻的另一端连接所述恢复电压源投入辅助开关的一端；所述恢复电压源投入辅助开关的另一端连接所述第三脉冲电容器的一端；所述第三脉冲电容器的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的三电源直流开断合成试验回路，其特征在于，所述第一脉冲电容器两端并联保护球隙。

3.一种三电源直流开断合成试验回路的试验方法，其特征在于，所述试验方法基于权利要求1所述的三电源直流开断合成试验回路；所述试验方法包括：

在预充电阶段，通过时序控制装置控制辅助开关，使充电装置为三电源的脉冲电容器充电；

在直流开断合成试验阶段，通过所述时序控制装置控制所述辅助开关和试品开关，使所述三电源在预设时序控制下对所述试品开关投入电流与施加电压；

在接地放电阶段，通过所述时序控制装置控制所述辅助开关和所述试品开关，使所述三电源的残余电量经接地装置泄放。

4.根据权利要求3所述的试验方法，其特征在于，所述在预充电阶段，通过时序控制装置控制辅助开关，使充电装置为三电源的脉冲电容器充电，具体包括：

在所述预充电阶段，所述辅助开关均为分断状态；

所述时序控制装置发出电流源充电控制信号驱动电流源充电辅助开关闭合，直流电源向电流源充电；所述电流源充电至第一设置值时，所述时序控制装置关闭所述电流源充电控制信号，所述电流源充电辅助开关分断，所述电流源预充电完成；

所述时序控制装置发出换流源充电控制信号驱动换流源充电辅助开关闭合，高压电源向换流源充电；所述换流源充电至第二设置值时，所述时序控制装置关闭所述换流源充电控制信号，所述换流源充电辅助开关分断，所述换流源预充电完成；

所述时序控制装置发出恢复电压源充电控制信号驱动恢复电压源充电辅助开关闭合，所述高压电源向恢复电压源充电；所述恢复电压源充电至第三设置值时，所述时序控制装置关闭所述恢复电压源充电控制信号，所述恢复电压源充电辅助开关分断，所述恢复电压源预充电完成。

5.根据权利要求3所述的试验方法，其特征在于，所述在直流开断合成试验阶段，通过所述时序控制装置控制所述辅助开关和试品开关，使所述三电源在预设时序控制下对所述试品开关投入电流与施加电压，具体包括：

在所述预充电阶段对所述三电源充电完成后，所述试品开关处于闭合导通状态，电流源投入辅助开关、换流源投入辅助开关和恢复电压源投入辅助开关均处于分断隔离状态；

试验开始，所述时序控制装置按照辅助开关时延设置值发送控制信号；首先所述时序控制装置发送电流源投入控制信号驱动电流源投入辅助开关闭合导通，在所述试品开关流通等价短路电流；当所述等价短路电流达到分闸设置值时，所述试品开关通过试品开关分断信号驱动分闸，所述试品开关断口间隙两端开始燃弧；当所述等价短路电流达到换流设置值时，所述时序控制装置发出换流源投入控制信号驱动换流源投入辅助开关闭合导通，换流源电流与电流源电流叠加振荡过零，所述试品开关电弧熄灭，所述试品开关断口两端承受换流源电压；当所述电流源与所述换流源构成串联回路振荡电流过零时,所述时序控制装置发出恢复电压源投入控制信号驱动恢复电压源投入辅助开关闭合导通，所述换流源与所述恢复电压源构成回路并联于所述试品开关，所述试品开关断口两端承受持续作用的恢复电压。

6.根据权利要求3所述的试验方法，其特征在于，所述在接地放电阶段，通过所述时序控制装置控制所述辅助开关和所述试品开关，使所述三电源的残余电量经接地装置泄放，具体包括：

在所述预充电阶段和所述直流开断合成试验阶段完成后，根据试验过程状况要求，复位闭合导通所述试品开关，复位分断隔离所述辅助开关，对三电源的电流源、换流源和恢复电压源分别进行对地放电，以确保设备和试验人员安全。

Images