CN110618356A - 一种直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验装置，包括直流电源、高压开关、电容器、阻尼电阻器、电抗器以及试品；直流电源的输出端与电容器连接，所述直流电源的输入端连接至工频电源，电容器、高压开关、阻尼电阻器、电抗器以及试品依次串联连接，使之产生低频谐振形成串联回路。本发明通过电容器、阻尼电阻器和电抗器组成的回路产生串联谐振，在试品上产生幅值可调、持续时间可控的方波电压，还原直流转换过程中避雷器承受的过电压工况，得到避雷器的长持续时间电压耐受特性，避免了避雷器因电压耐受特性不满足导致的故障，保证直流转换开关避雷器得到有效考核，具有电压持续时间长、电压幅值与持续时间可调的优点。
Description
技术领域
本发明涉及避雷器试验技术领域，具体涉及一种直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验装置及方法。
背景技术
直流系统双极运行期间发生单极闭锁后，健全极通过接地极和大地回路形成单极大地回线运行，此时数千安培的直流电流注入接地极，将影响周边变压器、油气管道的安全运行，应尽快转换为单极金属回线运行，减少单极大地回线运行时间。当故障消除恢复停运极送电时，需将单极金属转为大地回线后方能执行停运极阀组解锁程序。直流转换开关(MRTB、 ERTB)及其振荡回路是实现单极大地和单极金属运行方式转换的关键设备。MRTB的主要作用是将低阻抗的大地回路中的电流转移到阻抗相对较高的金属回路上，而ERTB的主要作用是将金属回路的电流转移到大地回路上。
直流转换开关不能直接开断直流电流，须由辅助回路提供一个振荡电流，实现电流过零开断。直流开关开断后，辅助回路和系统上的残余能量必须通过避雷器释放。避雷器吸收能量很大，单次转换所需能量高达十几至几十MJ，且过电压持续时间非常长，最长达200ms 以上。对直流转换开关避雷器的电压耐受能量要求非常高，但目前各研究院和避雷器生产厂家由于缺少长持续时间电压耐受试验装置，无法针对直流转换开关避雷器开展相应电压耐受试验，导致避雷器运行可靠性无法保证。
因此研发一种直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验装置，提出长持续时间电压耐受试验方法，能够有效考核直流转换开关避雷器耐受长持续时间电压的能力，对优化直流转换开关避雷器配置和提高避雷器运行可靠性有着重要的意义，同时对于直流电力系统的安全稳定运行提供了重要的技术支持，带来重大的经济效益。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验装置及方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验装置，包括直流电源、高压开关、电容器、阻尼电阻器、电抗器以及试品；所述直流电源的输出端与电容器连接，所述直流电源的输入端连接至工频电源，所述电容器、高压开关、阻尼电阻器、电抗器以及试品依次串联连接，使之产生低频谐振形成串联回路。
进一步地，还包括有用于控制试验装置充放电时间和电压的控制单元，所述控制单元一端与直流电源连接，另一端与高压开关连接。
进一步地，还包括有用于检测试品电压和电流信号的测量单元，所述试品并联有分压器，所述试品串联有分流器，所述分压器和分流器均与测量单元连接。
进一步地，所述分压器采用阻容分压器或电阻分压器，所述分流器采用电阻分流器或电流互感器线圈。
进一步地，所述测量单元上还设有用于向上位系统传输测量信号的通讯接口。
进一步地，所述电容器包括若干并联的脉冲电容器单元，所述每一个脉冲电容器单元均串联有用于接入或断开该脉冲电容器单元的刀闸。
进一步地，所述电抗器包括若干串联的电抗器单元，所述每一个电抗器单元均设置有一根抽头。
进一步地，所述阻尼电阻器为可变电阻。
进一步地，所述试品为金属氧化物避雷器比例单元。
一种直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验方法，具体为：
S1：根据直流输电工程直流转换开关避雷器电阻片串并联配置情况制作试品，通过仿真计算或在线监测获取直流转换开关避雷器过电压、电流和持续时间，并折算出试品的在满功率进行单极大地/金属转换时的试验电压Ut、试验电流It和持续时间Tt；
S2：调节脉冲电容器单元接入数量和抽头的数量，使施加于试品上的电压持续时间为Tt，调节阻尼电阻器的电阻值，以阻止或减弱试验后的振荡；
S3：调节直流电源的输出电压，使施加于试品上的电压、电流达到试验电压Ut、试验电流It；
S4：合上直流电源的交流输入，直流电源对电容器进行充电，当充电至试验所需电压时，断开直流电源的交流输入；
S5：通过控制单元合上高压开关，使电容器、阻尼电阻器、电抗器和试品组成的回路产生低频谐振，在试品上产生试验电压Ut、试验电流It和持续时间Tt；
S6：通过分压器和分流器测量得到的试品实际电压和电流波形，实际测量得到的电压和电流波形参数采集到测量单元中进行分析和存储，并对其参数进行对比分析，判断试品(10) 的电压耐受性特性。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明以金属氧化物避雷器比例单元为试验对象，以直流电源、高压开关、电容器组、阻尼电阻器、电抗器、分压器、分流器、控制单元和测量单元为硬件条件，通过电容器、阻尼电阻器和电抗器组成的回路产生串联谐振，在试品上产生幅值可调、持续时间可控的方波电压，还原直流转换过程中避雷器承受的过电压工况，通过分析试品的电压、电流和能量，得到避雷器的长持续时间电压耐受特性，避免了避雷器因电压耐受特性不满足导致的故障，保证直流转换开关避雷器得到有效考核，具有电压持续时间长、电压幅值与持续时间可调的优点。
附图说明
图1为本直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验装置的整体电路结构示意图；
图2为本直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验装置的电容器结构示意图；
图3为本直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验装置的电抗器结构示意图；
图4为本直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验装置的实施例中对试品所使用试验电压和试验电流的电压、电流波形图；
附图标记说明：1、直流电源；2、高压开关；3、电容器；31、脉冲电容器单元；32、刀闸；4、阻尼电阻器；5、电抗器；51、电抗器单元；52、抽头；6、分压器；7、分流器；8、控制单元；9、测量单元；10、试品。
具体实施方式
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。
实施例
如图1所示，一种直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验装置，包括直流电源1、高压开关2、电容器3、阻尼电阻器4、电抗器5以及试品10，其中，主要试品10采用金属氧化物避雷器比例单元，作为主要实验对象。直流电源1的输出端与电容器3连接，并且其输入端连接至工频电源，用于给电容器3充电，而电容器3、高压开关2、阻尼电阻器4、电抗器5以及试品10依次串联连接，使之产生低频谐振形成串联回路。装置上还有用于控制试验装置充放电时间和电压的控制单元8，控制单元8一端与直流电源1连接，另一端与高压开关2连接。
电容器3由96台脉冲电容器单元31并联组成，每一个脉冲电容器单元31均串联有用于接入或断开该脉冲电容器单元31的刀闸32；电抗器5由12台电抗器单元51串联组成，每一个电抗器单元51均设置有一根抽头52。而阻尼电阻器4为可变电阻，其阻值在0.01Ω～5Ω之间连续可调，通过调节控制单元8、脉冲电容器单元31的接入数量以及电阻器抽头52，来控制输出至试品10上的电压，使其输出幅值为5kV～7kV之间、持续时间在10ms～300ms之间的方波电压，相应电压、电流波形如图4所示。
装置上还有用于检测试品10电压和电流信号的测量单元9，并且测量单元9上还设有用于向上位系统传输测量信号的通讯接口。对应地，试品10并联有分压器6，试品10串联有分流器7，分压器6和分流器7均与测量单元9连接，测量单元9通过检测分压器6的电压以及分流器7的电流，以得到试品10的电压和电流信号波形参数，得到其试品10的参数数据后，通过通讯接口上传测量信号，以作对比处理。通讯接口的数据传输方式，可通过电缆、光纤或无线通讯的方式进行传输，而分压器6采用阻容分压器6或电阻分压器6，分流器7 采用电阻分流器7或电流互感器线圈。
一种直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验方法，其步骤：
S1：根据直流输电工程直流转换开关避雷器电阻片串并联配置情况制作试品10，通过仿真计算或在线监测获取直流转换开关避雷器过电压、电流和持续时间，并折算出试品10的在满功率进行单极大地/金属转换时的试验电压Ut、试验电流It和持续时间Tt；
S2：调节脉冲电容器单元31接入数量和抽头51的数量，使施加于试品10上的电压持续时间为Tt，调节阻尼电阻器4的电阻值，以阻止或减弱试验后的振荡；
S3：调节直流电源1的输出电压，使施加于试品10上的电压、电流达到试验电压Ut、试验电流It；
S4：合上直流电源1的交流输入，直流电源1对电容器3进行充电，当充电至试验所需电压时，断开直流电源1的交流输入；
S5：通过控制单元8合上高压开关2，使电容器3、阻尼电阻器4、电抗器5和试品10组成的回路产生低频谐振，在试品10上产生试验电压Ut、试验电流It和持续时间Tt；
S6：通过分压器6和分流器7测量得到的试品实际电压和电流波形，实际测量得到的电压和电流波形参数采集到测量单元9中进行分析和存储，并对其参数进行对比分析，判断试品10的电压耐受特性。
具体地，以所有脉冲电容器单元31和电抗器单元51都投入使用的情况为例，阻尼电阻取0.05Ω，试品10采用4片直径100mm、厚度22mm的金属氧化物避雷器电阻片并联时，可产生6.5kV/300ms的方波电压。最后只需通过与分压器6、分流器7连接的测量单元9对试品10的电压和电流进行测量，并将测量得到的电压和电流信号波形参数进行分析和存储，即可获得试品10的电压、电流和能量。
试验完成后，作为试验的结果对比，当满足下列条件之一时，直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验不通过：
试验过程中试品10电压发生突降、试验电流发生剧增；
试验前后试品10直流参考电压变化率大于5％；
试验前后试品10直流泄漏电流变化大于20μA；
试验前后试品10雷电冲击残压变化率大于5％；
试验前后试品10操作冲击残压变化率大于5％；
试验后试品10存在闪络、击穿和放电痕迹。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验装置，其特征在于：包括直流电源(1)、高压开关(2)、电容器(3)、阻尼电阻器(4)、电抗器(5)以及试品(10)；所述直流电源(1)的输出端与电容器(3)连接，所述直流电源(1)的输入端连接至工频电源，所述电容器(3)、高压开关(2)、阻尼电阻器(4)、电抗器(5)以及试品(10)依次串联连接，使之产生低频谐振形成串联回路。
2.根据权利要求1所述的直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验装置，其特征在于：还包括有用于控制试验装置充放电时间和电压的控制单元(8)，所述控制单元(8)一端与直流电源(1)连接，另一端与高压开关(2)连接。
3.根据权利要求1所述的直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验装置，其特征在于：还包括有用于检测试品(10)电压和电流信号的测量单元(9)，所述试品(10)并联有分压器(6)，所述试品(10)串联有分流器(7)，所述分压器(6)和分流器(7)均与测量单元(9)连接。
4.根据权利要求3所述的直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验装置，其特征在于：所述分压器(6)采用阻容分压器(6)或电阻分压器(6)，所述分流器(7)采用电阻分流器(7)或电流互感器线圈。
5.根据权利要求3所述的直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验装置，其特征在于：所述测量单元(9)上还设有用于向上位系统传输测量信号的通讯接口。
6.根据权利要求1-3任一所述的直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验装置，其特征在于：所述电容器(3)包括若干并联的脉冲电容器单元(31)，所述每一个脉冲电容器单元(31)均串联有用于接入或断开该脉冲电容器单元(31)的刀闸(32)。
7.根据权利要求1-3任一所述的直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验装置，其特征在于：所述电抗器(5)包括若干串联的电抗器单元(51)，所述每一个电抗器单元(51)均设置有一根抽头(52)。
8.根据权利要求1-3任一所述的直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验装置，其特征在于：所述阻尼电阻器(4)为可变电阻。
9.根据权利要求1-3任一所述的直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验装置，其特征在于：所述试品(10)为金属氧化物避雷器比例单元。
10.一种直流转换开关避雷器长时间电压耐受试验方法，其特征在于：
S1：根据直流输电工程直流转换开关避雷器电阻片串并联配置情况制作试品(10)，通过仿真计算或在线监测获取直流转换开关避雷器过电压、电流和持续时间，并折算出试品(10)的在满功率进行单极大地/金属转换时的试验电压Ut、试验电流It和持续时间Tt；
S2：调节脉冲电容器单元(31)接入数量和抽头(52)的数量，使施加于试品(10)上的电压持续时间为Tt，调节阻尼电阻器(4)的电阻值，以阻止或减弱试验后的振荡；
S3：调节直流电源(1)的输出电压，使施加于试品(10)上的电压、电流达到试验电压Ut、试验电流It；
S4：合上直流电源(1)的交流输入，直流电源(1)对电容器(3)进行充电，当充电至试验所需电压时，断开直流电源(1)的交流输入；
S5：通过控制单元(8)合上高压开关(2)，使电容器(3)、阻尼电阻器(4)、电抗器(5)和试品(10)组成的回路产生低频谐振，在试品(10)上产生试验电压Ut、试验电流It和持续时间Tt；
S6：通过分压器(6)和分流器(7)测量得到的试品实际电压和电流波形，实际测量得到的电压和电流波形参数采集到测量单元(9)中进行分析和存储，并对其参数进行对比分析，判断试品(10)的电压耐受特性。
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