CN112986812B - 换流变分接开关高能电弧短路故障试验模拟装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种换流变分接开关高能电弧短路故障试验模拟装置，包括换流变分接开关试验筒体、电弧试验高速同步测量采集系统、压力释放装置、外部加固装置、电弧触发装置、灭火水喷淋系统。本发明同时还公开了一种换流变分接开关高能电弧短路故障试验模拟方法。本发明的装置和方法，在保证实验人员人身安全与试验设备安全的前提下，实现了对分接开关内部高能电弧故障的模拟，完成了对电弧试验过程中分接开关内部暂态油压升高、腔体形变、顶盖破裂等现象的监测与记录，为复现现场换流变分接开关因内部电弧故障而导致爆炸起火事故提供试验装置与示范方法，具有广泛应用前景和重要的工程实用价值。

Description

换流变分接开关高能电弧短路故障试验模拟装置与方法
技术领域
本发明涉及电力设备高电压试验模拟领域，具体涉及一种换流变分接开关高能电弧短路故障试验模拟装置与方法。
背景技术
换流变压器作为换流站能量转换、传输的核心设备，由于其发生故障造成的经济直接损失(包括设备损失和电量损失)和停电引起的间接损失巨大，因此而成为变电站和换流站故障的关键和重大影响因素。2017年以来，国内连续发生多起重大的换流变着火事故，事故造成部分变压器设备毁坏，造成了恶劣的影响和重大经济损失。国网天山换流站由于网侧GOE型套管故障起火，火灾从换流变本体蔓延至阀厅，导致整个阀厅坍塌，造成同阀厅6台换流变、换流阀等设备起火；宜宾换流站换流变网侧套管故障起火，换流变发生火灾；昌吉换流站HD换流变故障发生火灾。换流变存在较大的火灾风险，换流变火灾会造成直流系统停运，直接导致极大的经济损失。
为探明油中电弧故障产生机理与事故演化过程，亟需针对换流变及其组件进行真实故障能量下的电弧故障冲击试验。但是，由于在换流变分接开关进行大能量电弧试验耗资巨大、试验难度大且危险性高，目前尚未有明确的关于换流变分接开关电弧试验相关试验设备及方法的报道。
发明内容
为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种换流变分接开关高能电弧短路故障试验模拟装置与方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种换流变分接开关高能电弧短路故障试验模拟装置，包括换流变分接开关试验筒体、电弧试验高速同步测量采集系统、压力释放装置、外部加固装置、电弧触发装置和灭火水喷淋系统；
电弧触发装置安装在换流变分接开关试验筒体中，压力释放装置安装在换流变分接开关试验筒体顶部，换流变分接开关试验筒体固定在外部加固装置上，灭火水喷淋系统的喷淋口位于换流变分接开关试验筒体正上方，电弧试验高速同步测量采集系统与压力释放装置、电弧触发装置和灭火水喷淋系统电连接。
本发明进一步的改进在于，为保证试验安全性，避免因电弧试验引起的接地故障、相间短路等意外故障发生。针对原有分接开关筒体进行结构改造，拆除原筒体底部选择器与内部切换机构，改造后的分接开关试验筒体应能够通过10个大气压的压水密封测试。
本发明进一步的改进在于，所述电弧试验高速同步测量采集系统应具备至少1MHz的采样频率、20路同步采集通道、自动触发功能、GPS/北斗时钟、较强的抗强冲击能力。
本发明进一步的改进在于，所述压力释放装置包括压力释放阀、导流罩、油气分离罐和绝缘油收集罐，用于对所述换流变分接开关试验筒体内部剧增的油压进行定向释放，保证实验人员与试验设备的安全。
本发明进一步的改进在于，所述外部加固装置包括分接开关顶盖固定支架、分接开关顶盖防喷防爆隔板、分接开关筒体防倾倒支架、分接开关底部密封加强筋，用于对所述换流变分接开关试验筒体进行整体固定和加固。以上加强加固支架需采用至少20mm厚的Q345结构钢。
本发明进一步的改进在于，所述电弧触发装置包括35kV绝缘套管、厚度为30mm的导电铜排、直径为40mm的铜钨合金电极触头、直径为15mm的绝缘棒，绝缘棒用于固定电极两侧导电铜排，避免电弧试验中较大短路电动力导致铜排发生剧烈扭摆。
本发明进一步的改进在于，所述灭火水喷淋系统由超高速固态电磁阀控制，当所述电弧试验高速同步测量采集系统接收到压力释放装置发出的压力释放动作信号后，灭火水喷淋系统能够在100ms内快速启动，且灭火水喷淋系统的工作水压应不小于0.4MPa，水滴直径应不大于0.3mm，喷水时间应不少于60s。
一种换流变分接开关高能电弧短路故障试验模拟方法，基于上述之一的模拟装置实现，包括如下步骤：
步骤1，进行换流变分接开关级间短路电流计算，设置电源回路阻抗参数；
步骤2，设定电极触头间距并安装0.5mm～1mm直径引弧铜丝；
步骤3，选择合适合闸角度，依次闭合电源回路中隔离开关与断路器；
步骤4，电弧试验高速同步测量采集系统自动触发，针对短路电压、电流，分接开关内部油压、油流、顶盖应变以及保护开关量进行实时高速同步测量采集；
步骤5：若压力释放阀动作，压力释放阀动作信号需瞬时触发灭火水喷淋系统启动；
步骤6：依据试验预设燃弧时间依次断开回路中断路器与隔离开关；
步骤7：电弧试验高速同步测量采集系统停止采集并进行数据存储，停止试验。
本发明进一步的改进在于，在进行换流变分接开关级间短路电流计算时，需要考虑换流变调压绕组因短路而引起的漏磁变化，根据有限元法对短路后绕组阻抗参数进行重新计算。
本发明进一步的改进在于，引弧铜丝直径需要与电极触头距离匹配，以保证电弧稳定燃烧；当电弧极间距在0～10mm时，铜丝直径应采用0.5mm；当电弧极间距在10～30mm时，铜丝直径应采用0.75mm；当电弧极间距大于30mm时，铜丝直径应采用1mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的换流变分接开关高能电弧短路故障试验模拟装置与方法，在保证实验人员人身安全与试验设备安全的前提下，实现了对真实电弧故障的模拟，同时记录下了电弧试验过程中分接开关内部暂态油压升高、腔体形变、顶盖破裂的演化过程。
2、本发明具有构成简单、易于实现、可靠高效等优点。
3、本发明的实现和应用为复现现场换流变分接开关因内部电弧故障而导致爆炸起火事故提供试验装置与示范方法，具有广泛应用前景和工程实用价值。
附图说明
图1为换流变分接开关高能电弧短路故障试验模拟装置示意图。
图2为本发明试验方法逻辑流程图。
附图标记说明：1-换流变分接开关试验筒体；2-电弧试验高速同步测量采集系统；3-压力释放装置；4-外部加固装置；5-电弧触发装置；6-灭火水喷淋系统。
具体实施方式
下面将结合本实施例中的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
实施例1
参见图1，一种换流变分接开关高能电弧短路故障试验模拟装置，主要包括换流变分接开关试验筒体1、电弧试验高速同步测量采集系统2、压力释放装置3、外部加固装置4、电弧触发装置5、灭火水喷淋系统6。
其中，电弧触发装置5安装在换流变分接开关试验筒体1中，压力释放装置3安装在换流变分接开关试验筒体1顶部，换流变分接开关试验筒体1固定在外部加固装置4上，灭火水喷淋系统6的喷淋口位于换流变分接开关试验筒体1的正上方，电弧试验高速同步测量采集系统2与压力释放装置3、电弧触发装置5和灭火水喷淋系统6电连接。
电弧试验高速同步测量采集系统2对电弧触发装置5的短路电压、电流，换流变分接开关试验筒体1内部油压、顶盖应变以及其他保护开关量进行实时高速同步测量采集，并根据压力释放装置3动作信号，启动灭火水喷淋系统6。
进一步的，对于换流变分接开关试验筒体1，为保证试验安全性，避免因电弧试验引起的接地故障、相间短路等意外故障发生。本实施例针对原有分接开关筒体进行结构改造，拆除原筒体底部选择器与内部切换机构。改造后的分接开关试验筒体应能够通过10个大气压的压水密封测试。
进一步的，电弧试验高速同步测量采集系统2应具备至少1MHz的采样频率、20路同步采集通道、自动触发功能、GPS/北斗时钟、较强的抗强冲击能力。
进一步的，压力释放装置3由压力释放阀、导流罩、油气分离罐、绝缘油收集罐组成，实现对换流变分接开关试验筒体1内部剧增的油压进行定向释放，保证实验人员与试验设备的安全。
进一步的，外部加固装置4应对换流变分接开关试验筒体1进行整体固定和加固，包括分接开关顶盖固定支架、分接开关顶盖防喷防爆隔板、分接开关筒体防倾倒支架、分接开关底部密封加强筋。以上加强加固支架需采用至少20mm厚的Q345结构钢。
进一步的，电弧触发装置5包括35kV绝缘套管、厚度为30mm的导电铜排、直径为40mm的铜钨合金电极触头、直径为15mm的绝缘棒。绝缘棒固定电极两侧导电铜排，避免电弧试验中较大短路电动力导致铜排发生剧烈扭摆。
进一步的，灭火水喷淋系统6由超高速固态电磁阀控制，当接收到压力释放动作信号后，实现灭火水喷淋系统能够在100ms内快速启动。工作水压应不小于0.4MPa，水滴直径应不大于0.3mm，喷水时间应不少于60s。
实施例2
参见图2，一种换流变分接开关高能电弧短路故障试验模拟方法，基于实施例1的模拟装置实现，包括如下步骤：
步骤1，进行换流变分接开关级间短路电流计算，设置电源回路阻抗参数；
步骤2，设定电极触头间距并安装0.5mm～1mm直径引弧铜丝；
步骤3，选择合适合闸角度，依次闭合电源回路中隔离开关与断路器；
步骤4，高速同步测量采集系统自动触发，针对短路电压、电流，分接开关内部油压、顶盖应变以及保护开关量等特征进行实时高速同步测量采集；
步骤5：若压力释放阀动作，压力释放阀动作信号需瞬时触发灭火水喷淋系统启动；
步骤6：依据试验预设燃弧时间依次断开回路中断路器与隔离开关；
步骤7：高速同步测量采集系统停止采集并进行数据存储，停止试验。
进一步的，进行换流变分接开关级间短路电流计算时，需要考虑换流变调压绕组因短路而引起的漏磁变化，根据有限元法对短路后绕组阻抗参数进行重新计算。
进一步的，引弧铜丝直径需要与电极触头距离匹配，以保证电弧稳定燃烧。当电弧极间距在0～10mm时，铜丝直径应采用0.5mm；当电弧极间距在10～30mm时，铜丝直径应采用0.75mm；当电弧极间距大于30mm时，铜丝直径应采用1mm。
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 (3)

1.一种换流变分接开关高能电弧短路故障试验模拟方法，基于模拟装置实现，所述模拟装置包括换流变分接开关试验筒体、电弧试验高速同步测量采集系统、压力释放装置、外部加固装置、电弧触发装置和灭火水喷淋系统；电弧触发装置安装在换流变分接开关试验筒体中，压力释放装置安装在换流变分接开关试验筒体顶部，换流变分接开关试验筒体固定在外部加固装置上，电弧试验高速同步测量采集系统与压力释放装置、电弧触发装置和灭火水喷淋系统电连接，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，进行换流变分接开关级间短路电流计算，设置电源回路阻抗参数；
步骤2，设定电极触头间距并安装0.5mm～1mm直径引弧铜丝；
步骤3，选择合适合闸角度，依次闭合电源回路中隔离开关与断路器；
步骤4，电弧试验高速同步测量采集系统自动触发，针对短路电压、电流、分接开关内部油压、油流、顶盖应变以及保护开关量进行实时高速同步测量采集；
步骤5：若压力释放阀动作，压力释放阀动作信号需瞬时触发灭火水喷淋系统启动；
步骤6：依据试验预设燃弧时间依次断开回路中断路器与隔离开关；
步骤7：电弧试验高速同步测量采集系统停止采集并进行数据存储，停止试验。
2.根据权利要求1所述的一种换流变分接开关高能电弧短路故障试验模拟方法，其特征在于：在进行换流变分接开关级间短路电流计算时，需要考虑换流变调压绕组因短路而引起的漏磁变化，根据有限元法对短路后绕组阻抗参数进行重新计算。
3.根据权利要求1所述的一种换流变分接开关高能电弧短路故障试验模拟方法，其特征在于：引弧铜丝直径需要与电极触头距离匹配，以保证电弧稳定燃烧；当电弧极间距在0～10mm时，铜丝直径应采用0.5mm；当电弧极间距在10～30mm时，铜丝直径应采用0.75mm；当电弧极间距大于30mm时，铜丝直径应采用1mm。
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