CN110514940A - 一种直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置及试验方法，采用两组储能电容依次放电的方式模拟直流接地极线路故障电流，避免了大容量直流电源的使用；引弧电路由电容、电感、开关和羊角型引弧间隙构成；电容充电后闭合开关，引弧间隙击穿后产生的电弧沿着羊角型引弧间隙向试品拉伸，使试品两端短接；此引弧方式确保试品燃弧的可靠性，避免了对熄弧特征结果的影响。

Description

一种直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及直流输电试验装置领域，具体地，涉及一种直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置。

背景技术

高压直流输电工程中，一旦直流极线或直流母线发生接地故障，直流接地极线路都会产生过电压，过电压击穿后故障点将流过整个系统的直流续流。若直流电弧无法熄灭，将导致连锁故障，威胁整个直流系统的运行。直流电弧的熄灭特征关系到直流接地极线路的绝缘配合以及直流控制保护系统的重启时间。而直流电弧没有过零点，熄弧特征与交流电弧不同，目前尚无成熟的研究成果。

在研究直流接地极线路电弧熄灭特性的试验中，需克服两个问题：1)直流电弧的可靠起弧；2)试验电源的容量。熔丝起弧是交流电弧研究中常用的起弧方式，特点是成本低，缺点是存在一定随机性。但在直流接地极线路电弧研究的场景中，故障点电弧与直流接地极接地电阻并联，接地电阻是决定电弧熄灭特征的一个重要因素，也是试验研究的一部分，若不能可靠起弧会影响试验结论。另一方面，直流接地极线路在故障后的电流为上千安培，若试验完全模拟则需要上百兆瓦容量的电源，难以在实验室开展。因此，有必要研究一种小容量且引弧可靠的直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置及试验方法，解决目前直流电弧试验中起弧成功率低的问题。

为实现上述发明目的，本发明一方面提供的技术方案是一种直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置，所述装置包括：

高压直流电源、第一至第三电容充电开关、第一储能支路、第二储能支路、引弧支路、负荷等效电阻和试品；高压直流电源的正极输出端与第一至第三电容充电开关的一端均连接连接，高压直流电源的负极输出端接地；第一电容充电开关的另一端与第一储能支路的输入端连接，第二电容充电开关的另一端与第二储能支路的输入端连接，第三电容充电开关的另一端与引弧支路的电容高压端连接，引弧支路的电容低压端接地，第一储能支路与第二储能支路并联，第一储能支路的输出端与负荷等效电阻的一端和试品的一端均连接，第二储能支路的输出端与负荷等效电阻的一端和试品的一端均连接，负荷等效电阻的另一端和试品的另一端接地。

优选的，所述高压直流充电电源包括：调压器、变压器和硅堆整流电路，调压器低压侧接交流电源，调压器高压侧与变压器低压侧级联，变压器高压侧与整流电路连接。

优选的，所述第一储能支路包括：第一电容、第一电感和第一开关，第一电容的一端与第一电感的一端连接，第一电容的另一端接地，第一电感的另一端与第一开关的一端连接，第一开关的另一端与负荷等效电阻的一端和试品的一端均连接，第一电容充电开关的另一端连接在第一电容与第一电感之间。

优选的，第一开关与引弧支路的开关同时闭合，第一电容由多个电容器并联组成。

优选的，所述第二储能支路包括：第二电容、第二电感和第二开关，第二电容的一端与第二电感的一端连接，第二电容的另一端接地，第二电感的另一端与第二开关的一端连接，第二开关的另一端与负荷等效电阻的一端和试品的一端均连接，第二电容充电开关的另一端连接在第二电容与第二电感之间。

优选的，第二开关在第一储能支路开关合闸后t时间闭合，第二电容由多个电容器并联组成。

优选的，所述引弧支路包括：第三电容、第三电感、第三开关和引弧间隙；第三电容的高压端与第三电感的一端连接，第三电容的低压端接地，第三电感的另一端与第三开关的一端连接，第三开关的另一端与引弧间隙的一端连接，引弧间隙的另一端接地。

优选的，第三开关与第一储能支路的开关同时闭合。

优选的，所述引弧间隙为羊角型并联间隙，调整间隙距离以保证在第一开关和第三开关闭合后引弧间隙被击穿，间隙延伸方向对准试品，引弧间隙与试品保持预设距离以避免被电弧烧蚀，所述负荷等效电阻由多个电阻并联组成。

另一方面，本发明还提供了一种根据所述的直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置的试验方法，所述方法包括：

试验前先将装置中的所有开关断开，将引弧间隙的距离调至1～3mm；

试验起始阶段，调节高压直流电源中的调压器变比，使高压直流电源中的整流电路输出电压U1，闭合第一和第二电容充电开关，给第一储能支路和第二储能支路充电；

充电完成后，断开第一和第二电容充电开关，调节调压器变比使整流电路输出电压U2，闭合第三电容充电开关对引弧支路的第三电容充电，充电完毕后第三电容充电开关断开；

第一储能支路的第一开关和引弧支路的第三开关同时闭合；第一储能支路第一电容对负荷等效电阻放电；引弧支路的引弧间隙被击穿，第三电容通过间隙放电并产生电弧，电弧沿着引弧间隙电极延伸的方向运动，使试品两端被短接；试品两端短路后，第一储能支路的第一电容的一部分能量通过试品短路通道释放；t时间后，第二储能支路第二开关闭合，第二电容储存的能量用于补充放电回路中的电流，在整个过程中观测试品和负荷等效电阻的电流，研究电弧的起始、发展和熄灭特性。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、第一储能支路于引弧支路的开关同时闭合，引弧支路的羊角型引弧间隙随即击穿，引弧支路中的电容通过间隙放电，产生的直流电弧沿着引弧间隙的电极向试品延伸，使试品两端短路击穿。该起弧方式稳定可靠，避免了熔丝起弧的随机性。

2、采用电容放电的方式模拟直流接地极线路故障电弧过程，避免了大容量高压直流电源的使用，降低了试验装置成本。

3、第一储能支路用于提供试品短路后极短时间内的放电能量，模拟了直流接地极线路在故障后短时间的电弧过程。第二储能支路用于维持和补充试品电流和负荷等效电阻的电流。多个储能支路的依次投入，解决了单个储能回路放电时间短、电弧维持能力弱的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是本申请中直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置的电路示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

请参考图1，本申请提供了一种直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置，包括：

高压直流电源、第一至第三电容充电开关、第一储能支路、第二储能支路、引弧支路、负荷等效电阻17和试品16；高压直流电源的正极输出端与第一至第三电容充电开关的一端均连接连接，高压直流电源的负极输出端接地；第一电容充电开关4的另一端与第一储能支路的输入端连接，第二电容充电开关5的另一端与第二储能支路的输入端连接，第三电容充电开关6的另一端与引弧支路的电容高压端连接，引弧支路的电容低压端接地，第一储能支路与第二储能支路并联，第一储能支路的输出端与负荷等效电阻的一端和试品的一端均连接，第二储能支路的输出端与负荷等效电阻的一端和试品的一端均连接，负荷等效电阻的另一端和试品的另一端接地。

其中，在本发明实施例中，所述高压直流充电电源包括：调压器1、变压器2和硅堆整流电路3，调压器低压侧接交流电源，调压器高压侧与变压器低压侧级联，变压器高压侧与整流电路连接。

其中，在本发明实施例中，所述第一储能支路包括：第一电容7、第一电感9和第一开关11，第一电容的一端与第一电感的一端连接，第一电容的另一端接地，第一电感的另一端与第一开关的一端连接，第一开关的另一端与负荷等效电阻的一端和试品的一端均连接，第一电容充电开关的另一端连接在第一电容与第一电感之间。

其中，在本发明实施例中，第一开关与引弧支路的开关同时闭合，第一电容由多个电容器并联组成。

其中，在本发明实施例中，所述第二储能支路包括：第二电容8、第二电感10和第二开关12，第二电容的一端与第二电感的一端连接，第二电容的另一端接地，第二电感的另一端与第二开关的一端连接，第二开关的另一端与负荷等效电阻的一端和试品的一端均连接，第二电容充电开关的另一端连接在第二电容与第二电感之间。

其中，在本发明实施例中，第二开关在第一储能支路开关合闸后t时间闭合，第二电容由多个电容器并联组成。

其中，在本发明实施例中，所述引弧支路包括：第三电容13、第三电感14、第三开关16和引弧间隙15；第三电容的高压端与第三电感的一端连接，第三电容的低压端接地，第三电感的另一端与第三开关的一端连接，第三开关的另一端与引弧间隙的一端连接，引弧间隙的另一端接地。

其中，在本发明实施例中，第三开关与第一储能支路的开关同时闭合。

其中，在本发明实施例中，所述引弧间隙为羊角型并联间隙，调整间隙距离以保证在第一开关和第三开关闭合后引弧间隙被击穿，间隙延伸方向对准试品，引弧间隙与试品保持预设距离以避免被电弧烧蚀，所述负荷等效电阻由多个电阻并联组成。

其中，在本发明实施例中，本实施例还提供了一种根据所述的直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置的试验方法，所述方法包括：

试验前先将装置中的所有开关断开，将引弧间隙的距离调至1～3mm；

试验起始阶段，调节高压直流电源中的调压器变比，使高压直流电源中的整流电路3输出电压U1，闭合第一电容充电开关4和第二电容充电开关5，给第一储能支路和第二储能支路充电；

充电完成后，断开第一电容充电开关4和第二电容充电开关5，调节调压器变比使整流电路3输出电压U2，闭合第三电容充电开关6对引弧支路的第三电容13充电，充电完毕后第三电容充电开关6断开；

第一储能支路的第一开关11和引弧支路的第三开关16同时闭合；第一储能支路第一电容7对负荷等效电阻17放电；引弧支路的引弧间隙15被击穿，第三电容13通过间隙放电并产生电弧，电弧沿着引弧间隙电极延伸的方向运动，使试品两端被短接；试品两端短路后，第一储能支路的第一电容7的一部分能量通过试品短路通道释放；t时间后，第二储能支路第二开关12闭合，第二电容8储存的能量用于补充放电回路中的电流，在整个过程中观测试品和负荷等效电阻的电流，研究电弧的起始、发展和熄灭特性。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置，其特征在于，所述装置包括：

高压直流电源、第一至第三电容充电开关、第一储能支路、第二储能支路、引弧支路、负荷等效电阻和试品；高压直流电源的正极输出端与第一至第三电容充电开关的一端均连接连接，高压直流电源的负极输出端接地；第一电容充电开关的另一端与第一储能支路的输入端连接，第二电容充电开关的另一端与第二储能支路的输入端连接，第三电容充电开关的另一端与引弧支路的电容高压端连接，引弧支路的电容低压端接地，第一储能支路与第二储能支路并联，第一储能支路的输出端与负荷等效电阻的一端和试品的一端均连接，第二储能支路的输出端与负荷等效电阻的一端和试品的一端均连接，负荷等效电阻的另一端和试品的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置，其特征在于，所述高压直流充电电源包括：调压器、变压器和硅堆整流电路，调压器低压侧接交流电源，调压器高压侧与变压器低压侧级联，变压器高压侧与整流电路连接。

3.根据权利要求1所述的直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置，其特征在于，所述第一储能支路包括：第一电容、第一电感和第一开关，第一电容的一端与第一电感的一端连接，第一电容的另一端接地，第一电感的另一端与第一开关的一端连接，第一开关的另一端与负荷等效电阻的一端和试品的一端均连接，第一电容充电开关的另一端连接在第一电容与第一电感之间。

4.根据权利要求3所述的直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置，其特征在于，第一开关与引弧支路的开关同时闭合，第一电容由多个电容器并联组成。

5.根据权利要求1所述的直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置，其特征在于，所述第二储能支路包括：第二电容、第二电感和第二开关，第二电容的一端与第二电感的一端连接，第二电容的另一端接地，第二电感的另一端与第二开关的一端连接，第二开关的另一端与负荷等效电阻的一端和试品的一端均连接，第二电容充电开关的另一端连接在第二电容与第二电感之间。

6.根据权利要求5所述的直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置，其特征在于，第二开关在第一储能支路开关合闸后t时间闭合，第二电容由多个电容器并联组成。

7.根据权利要求1所述的直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置，其特征在于，所述引弧支路包括：第三电容、第三电感、第三开关和引弧间隙；第三电容的高压端与第三电感的一端连接，第三电容的低压端接地，第三电感的另一端与第三开关的一端连接，第三开关的另一端与引弧间隙的一端连接，引弧间隙的另一端接地。

8.根据权利要求7所述的直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置，其特征在于，第三开关与第一储能支路的开关同时闭合。

9.根据权利要求7所述的直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置，其特征在于，所述引弧间隙为羊角型并联间隙，调整间隙距离以保证在第一开关和第三开关闭合后引弧间隙被击穿，间隙延伸方向对准试品，引弧间隙与试品保持预设距离以避免被电弧烧蚀，所述负荷等效电阻由多个电阻并联组成。

10.一种根据权利要求1-9中任意一个所述的直流接地极线路电弧熄灭特性试验装置的试验方法，其特征在于，所述方法包括：

试验前先将装置中的所有开关断开，将引弧间隙的距离调至1～3mm；

试验起始阶段，调节高压直流电源中的调压器变比，使高压直流电源中的整流电路输出电压U1，闭合第一和第二电容充电开关，给第一储能支路和第二储能支路充电；

充电完成后，断开第一和第二电容充电开关，调节调压器变比使整流电路输出电压U2，闭合第三电容充电开关对引弧支路的第三电容充电，充电完毕后第三电容充电开关断开；

第一储能支路的第一开关和引弧支路的第三开关同时闭合；第一储能支路第一电容对负荷等效电阻放电；引弧支路的引弧间隙被击穿，第三电容通过间隙放电并产生电弧，电弧沿着引弧间隙电极延伸的方向运动，使试品两端被短接；试品两端短路后，第一储能支路的第一电容的一部分能量通过试品短路通道释放；t时间后，第二储能支路第二开关闭合，第二电容储存的能量用于补充放电回路中的电流，在整个过程中观测试品和负荷等效电阻的电流，研究电弧的起始、发展和熄灭特性。