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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Prüfungsschaltung, insbesondere ein Verfahren zum Prüfen der Lichtbogenbeständigkeit des Innenbereichs eines schnellwirkenden Gleichstromschalters.
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STAND DER TECHNIK
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Ein schnellwirkender Gleichstromschalter (high speed switch, HSS) findet Anwendung vor allem bei einem flexiblen Multi-Terminal-Gleichstromübertragungssystem. Der schnellwirkende Gleichstromschalter ist vor allem dazu eingerichtet, eine Inline-Inbetriebsetzung bzw. - Außerbetriebsetzung einer dritten Station eines Gleichstromsystems und eine schnelle Trennung einer Gleichstromleitungsstörung zu verwirklichen und somit die Zuverlässigkeit und die Verfügbarkeit des ganzen Gleichstromsystems zu erhöhen.
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Als schnellwirkender Gleichstromschalter wird in der Regel ein Freiluftleistungsschalter verwendet und als Betätigungsmechanismus kann ein Hydraulikeinheit oder eine Feder eingesetzt werden. Zum Unterstützen der Abstimmung und der Steuerung eines Multi-Terminal-Systems und zum Verwirklichen der In-Line-Inbetriebsetzung bzw. -Außerbetriebsetzung eines Sendeterminals und eines Empfangsterminals werden hohe Anforderungen an die Abstimmung der Schlüsselleistungsparameter der Anlage gestellt, welche Anforderungen vor allem Folgendes umfasst:
- (1) Innewohnende, langfristige Überlastbarkeit mit einer Nenn-Systemübertragungskapazität von nicht geringer als 1,05 p.u. (Bei höchster Umgebungstemperatur),
- (2) Hohe Gleichstrom-Lichtbogenbeständigkeit,
- (3) Fähigkeit zum Überführen eines Leerlaufstroms einer Gleichstromleitung,
- (4) Hohe Öffnungsgeschwindigkeit und zuverlässiges mechanisches Betätigungsverhalten, wobei fehlgeschlagene Betätigung oder unerwünschte Betätigung ausgeschlossen wird.
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Der schnellwirkende Gleichstromschalter weist vor allem vier Betriebszustände auf, nämlich einen stabilen geschlossenen Zustand, einen vorübergehenden geöffneten Zustand, einen stabilen geöffneten Zustand und einen vorübergehenden geschlossenen Zustand. Der HSS soll bei den vier Betriebszuständen die folgenden Fähigkeiten aufweisen:
- 1. Bei geöffnetem HSS werden die Stromrichterstationen auf beiden Seiten der Unterbrechung entriegelt und die Gleichspannungen auf beiden Seiten erreichen die Nenngleichspannung und werden stabil gehalten, wobei nun der HSS zuverlässig geschlossen werden kann.
- 2. Bei geschlossenem HSS wird die Stromrichterstation auf einer Seite der Unterbrechung verriegelt und zunächst wird die Gleichspannung auf der verriegelten Seite unverändert gehalten und der HSS soll zuverlässig geöffnet werden kann. Infolge u.a. der Entladung eines PT-Widerstands sinkt die Spannung der verriegelten Seite gegen Erde allmählich, weshalb vor Öffnen eines zugeordneten Trennelements des schnellwirkenden Schalters der HSS in der Lage sein soll, der allmählich steigenden Spannung zwischen Terminalen standzuhalten.
- 3. Bei einer Störung an der Gleichstromleitung führt die Stromrichterstation auf der Stromversorgungsseite des HSSs schnell einen Phasenversatz durch und die lastseitige Stromrichterstation des HSSs wird schnell verriegelt. Vor Öffnen des HSSs soll dieser einem großen momentanen Strom mit einer Amplitude von zehnen kA für ungefähr 100ms standhalten. Der HSS wird nach Sinken des Stroms auf null geöffnet.
- 4. Der Innenbereich soll Lichtbogen für einer kurze Zeit standhalten. Beispielsweise bei dem flexiblen Gleichstromprojekt Wudongde einem inneren Lichtbogen bei 3125A fünfmal für eine Dauer von 400 ms standgehalten werden, während bei dem Yunnan-Guizhou-Stromverbundprojekt einem inneren Lichtbogen bei 3786A fünfmal für eine Dauer von 400 ms standgehalten werden und danach keine Beschädigung an dem Isoliermantel auftreten soll.
- 5. Der HSS muss zuverlässiges mechanisches Verhalten zum schnellen Öffnen und Schließen aufweisen. Beispielsweise wird bei dem Wudongde-Projekt festgelegt, dass die Schließzeit < 100 ms und die Öffnungszeit < 30 ms sein soll.
- 6. HSS muss nicht die Fähigkeit zum Trennen eines Gleichstroms oder eines Störungsstroms aufweisen. Jedoch muss die Fähigkeit zum Trennen eines Reststroms der Gleichstromleitung von ungefähr 20A vorliegen.
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Daher soll vor Anwendung eines HSSs seine Schlüsseleigenschaften, insbesondere die Gleichstromlichtbogen-Beständigkeit überprüft und beurteilt werden. Jedoch steht kein Verfahren zum Prüfen und Beurteilen der Gleichstromlichtbogen-Beständigkeit zur Verfügung.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Der vorliegenden Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Überwinden der vorstehenden Nachteile im Stand der Technik ein Verfahren zum Prüfen der Lichtbogenbeständigkeit des Innenbereichs eines schnellwirkenden Gleichstromschalters bereitzustellen, um vor Anwendung eines HSSs eine Prüfung an HSS durchzuführen und somit festzustellen, ob seine Gleichstromlichtbogen-Beständigkeit die Anforderung erfüllt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die folgende Ausgestaltung:
- Ein Verfahren zum Prüfen der Lichtbogenbeständigkeit des Innenbereichs eines schnellwirkenden Gleichstromschalters, umfassend Folgendes:
- - Schritt zum Aufbau einer Prüfschaltung:
- wobei die Prüfschaltung eine Kurzschlussschaltung, eine Gleichrichtungsschaltung und eine Lichtbogenüberwachungsschaltung umfasst, wobei
- die Kurzschlussschaltung einen Kurzschluss-Hilfsleistungsschalter, eine Wechselstromversorgung und einen Kurzschluss-Transformator umfasst, wobei die Wechselstromversorgung, der Kurzschluss-Hilfsleistungsschalter und der Kurzschluss-Transformator hintereinander in Reihe geschaltet sind, um eine Schaltung zu bilden,
- die Gleichrichtungsschaltung ein erstes Amperemeter, eine Gleichrichtergruppe, eine Drosselspule, einen Gleichrichtungs-Hilfsleistungsschalter und einen Strombegrenzungswiderstand umfasst, wobei die Gleichrichtergruppe mit einer Sekundärspule des Kurzschluss-Transformators verbunden und das erste Amperemeter an einer mit einem Gleichrichter und der Sekundärspule des Kurzschluss-Transformators verbundenen Spule angebracht ist, wobei der Strombegrenzungswiderstand an einem Ende mit einer Eingangsseite der Gleichrichtergruppe und am anderen Ende mit einem Ende des Gleichrichtungs-Hilfsleistungsschalters verbunden ist, und wobei ein Ende der Drosselspule mit einer Ausgangsseite der Gleichrichtergruppe verbunden ist,
- die Lichtbogenüberwachungsschaltung eine erstes Voltmeter, ein zweites Voltmeter, ein zweites Amperemeter und eine umfassende Überwachungseinrichtung für charakteristische Größen umfasst, wobei das andere Ende des Gleichrichtungs-Hilfsleistungsschalters zum Verbinden mit einem zu prüfenden Leistungsschalter dient, wobei die umfassende Überwachungseinrichtung für charakteristische Größen zum Überwachen des zu prüfenden Leistungsschalters dient, um einen für die Prüfung benötigten Parameter zu erhalten, wobei das zweite Amperemeter an einem Ende mit dem anderen Ende des Strombegrenzungswiderstands verbunden und am anderen Ende mit dem zu prüfenden Leistungsschalters verbunden und geerdet ist, wobei das erste Voltmeter an einem Ende mit einer Leitung verbunden und am anderen Ende geerdet ist, wobei die Leitung mit dem zweiten Voltmeter und dem zu prüfenden Leistungsschalter verbunden ist,,und wobei das zweite Voltmeter an einem Ende mit einer Leitung verbunden und am anderen Ende geerdet ist, wobei die Leitung mit dem Gleichrichtungs-Hilfsleistungsschalter und dem zu prüfenden Leistungsschalter verbunden ist
- - Prüfungsvorgehensschritte, umfassend:
- Unterschritt zum Konfigurieren der Parameter der Prüfungsschaltung, umfassend:
- Einstellen des Verhältnisses des Kurzschluss-Transformators gemäß dem Strom-Sollwert der Prüfung und der Nennspannung eines Generators und Einstellen einer Trockendrosselspule in einer Gleichrichtungs-Prüfungsschaltung, sodass auf der Seite des zu prüfenden Leistungsschalters ein Kurzschlussstrom mit einer Gleichstromamplitude von Idc erzeugt werden kann,
- Unterschritt zum Erzeugen eines Kurzschlussstroms, umfassend:
- Versetzen des zu prüfenden Leistungsschalters in eine geschlossene Stellung vor Kurzschließen der Prüfungsschaltung, Kurzschließen der Schaltung durch Schließen des Kurzschluss-Hilfsleistungsschalters nach Beginn der Prüfung, Verstärken des Kurzschlussstroms über den Kurzschluss-Transformator in Abhängigkeit von dem Windungsverhältnis der Spule, um einen Kurzschussstrom gemäß der Prüfungsanforderung zu erzeugen, der in einen Gleichrichter der Gleichrichtungsschaltung eingegeben wird, und Aufzeichnen der Stromamplitude durch das erste Amperemeter in Echtzeit,
- Unterschritt zum Gleichrichten, umfassend:
- Schließen des Gleichrichtungs-Hilfsleistungsschalters nach Gleichrichten des Kurzschluss-Wechselstroms durch den Gleichrichter und Ausgeben eines Gleichstroms, der durch die Trockendrosselspule und den Strombegrenzungswiderstand eingestellt wird, um eine Stromamplitude Idc, die die Prüfungsanforderung erfüllt, zu erzeugen,
- Unterschritt zur Lichtbogenprüfung und Zustandsüberwachung, umfassend:
- Öffnen des zu prüfenden Leistungsschalters nach Strömen des Nenngleichstroms durch den zu prüfenden Leistungsschalter in der Lichtbogen-Überwachungsschaltung, Erzeugen eines Gleichstrom-Lichtbogens zwischen Abbrandkontakten mit der schnellen Öffnungsbewegung der Kontakte relativ zueinander, wobei nach völligem Öffnen der Kontakte der Gleichstrom-Lichtbogen zwischen den Abbrandkontakten kontinuierlich einen Abbrand verursacht, Öffnen einer Wechselstrom-Kurzschlussschaltung über den Kurzschluss-Hilfsleistungsschalter nach Ablauf einer Sollzeit tac der Prüfung, um die Energieversorgung auf der Stromversorgungsseite zu unterbrechen, sodass der Lichtbogen an den Abbrandkontakten des zu prüfenden Leistungsschalters T0 allmählich geschwächt und schließlich gelöscht wird, womit eine Prüfung abgeschlossen wird, Durchführen der Prüfung n-mal gemäß dem Sollwert der Prüfung, wobei als Prüfungsintervall die Zeit herangezogen wird, die für die Rückkehr der Temperatur des zu prüfenden Leistungsschalters auf die Umgebungstemperatur benötigt wird, und Aufzeichnen der Parameter dynamischer Widerstand des zu prüfenden Leistungsschalters, Veränderung der Gaskomponente, Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit und infrarottechnisch erfasster Temperaturanstieg einer Lichtbogenlöschkammer, wobei es sich bei n um eine positive ganze Zahl handelt.
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Die Lichtbogenüberwachungsschaltung umfasst ferner eine umfassende Überwachungseinrichtung für charakteristische Größen, die zum Überwachen des zu prüfenden Leistungsschalters dient, um einen für die Prüfung benötigten Parameter zu erhalten.
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Die Gleichrichtergruppe wird durch einen Brückenstromrichter, die aus einem steuerbaren Stromrichterzweig besteht, gebildet, um somit eine 6-Puls- oder 12-Puls-Konfiguration zu ermöglichen.
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Die Überwachung des zu prüfenden Leistungsschalters durch die umfassende Überwachungseinrichtung für charakteristische Größen umfasst Folgendes:
- - Überwachung mechanischer Eigenschaften, um einen Zeit-Kontaktgeschwindigkeits-Verlauf und einen Zeit-Kontaktwegverlauf des zu prüfenden Leistungsschalters T0 beim Öffnen zu erhalten,
- - Infrarotüberwachung, um eine durch die Wärmestrahlung des Lichtbogens an den zu prüfenden Leistungsschalter verursachte Änderung des Temperaturanstiegs an der Oberfläche der Lichtbogenlöschkammer zu erhalten,
- - Gaskomponentenüberwachung, um den Vorgang der Erzeugung und der Veränderung der SF6-Gaskomponente zu erfassen, wenn der Innenbereich des zu prüfenden Leistungsschalters dem Lichtbogen ausgesetzt ist.
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Bei der Wechselstromversorgung handelt es sich um einen Wechselstromgenerator.
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Bei der Drosselspule handelt es sich um eine Trockendrosselspule.
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Gegenüber dem Stand der Technik zeichnet sich die vorliegende Anmeldung durch die folgenden vorteilhaften Auswirkungen aus:
- Durch die Zusammenwirkung der Kurzschlussschaltung, der Gleichrichtungsschaltung und der Lichtbogen-Überwachungsschaltung wird das Szenario einer Lichtbogenbeständigkeitsprüfung innerhalb eines schnellwirkenden Gleichstromschalters gleichwertig simuliert. Durch die Schaltung zur gleichwertigen Simulation wird bei einem SF6-Nenngasdruck des Leistungsschalters die Beständigkeit gegen Abbrand des Leistungsschalters durch einen Gleichstrom der Systembelastung infolge einer unerwünschten Betätigung oder Auslösung in ungeschütztem Zustand überprüft.
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Figurenliste
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Darin zeigen
- 1 prinzipiell einen Schaltplan einer Schaltung zum Prüfen der Lichtbogenbeständigkeit des Innenbereichs eines schnellwirkenden Gleichstromschalters nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- 2 eine schematische Darstellung des Systems zur Bewertung des Abbrandzustands eines Kontakts einer Lichtbogenlöschkammer eines Leistungsschalters,
- 3 eine schematische Darstellung der Infrarotüberwachung der Lichtbogenlöschkammer,
- 4 ein schematisches Ablaufdiagramm zur Bewertung des Temperaturanstiegs.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen anhand einer konkreten Ausführungsform auf den Inhalt der vorliegenden Anmeldung näher eingegangen.
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Ausführungsbeispiel
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Wie sich aus 1 bis 4 ergibt, umfasst das Verfahren zum Prüfen der Lichtbogenbeständigkeit des Innenbereichs eines schnellwirkenden Gleichstromschalters nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vor allem zwei Schritte, nämlich einen Schritt zum Aufbau einer Prüfschaltung und einen Prüfungsvorgehensschritt.
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Dabei besteht die Prüfungsschaltung vor allem aus drei Schaltungen, nämlich einer Kurzschlussschaltung 100, einer Gleichrichtungsschaltung 200 und einer Lichtbogen-Überwachungsschaltung 300.
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Die Kurzschlussschaltung 100 umfasst einen Hilfsleistungsschalter AB2, einen Wechselstromgenerator G und einen Kurzschluss-Transformator T. Der Wechselstromgenerator G, der Kurzschluss-Hilfsleistungsschalter AB2 und der Kurzschluss-Transformator T sind hintereinander in Reihe geschaltet, um eine Schaltung zu bilden.
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Die Gleichrichtungsschaltung 200 umfasst ein erstes Amperemeter A1, eine Gleichrichtergruppe V, eine Trockendrosselspule L, einen Gleichrichtungs-Hilfsleistungsschalter AB1 und einen Strombegrenzungswiderstand R. Die Gleichrichtergruppe V ist mit einer Sekundärspule des Kurzschluss-Transformators T verbunden und das erste Amperemeter A1 ist an einer mit einem Gleichrichter V und der Sekundärspule des Kurzschluss-Transformators T verbundenen Spule angebracht. Der Strombegrenzungswiderstand R ist an einem Ende mit einer Eingangsseite der Gleichrichtergruppe V und am anderen Ende mit einem Ende des Gleichrichtungs-Hilfsleistungsschalters AB1 verbunden. Ein Ende der Drosselspule L ist mit einer Ausgangsseite der Gleichrichtergruppe V verbunden.
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Die Lichtbogenüberwachungsschaltung 300 umfasst eine erstes Voltmeter VI, ein zweites Voltmeter V2, ein zweites Amperemeter A2 und eine umfassende Überwachungseinrichtung 30 für charakteristische Größen. Das andere Ende des Gleichrichtungs-Hilfsleistungsschalters AB1 dient zum Verbinden mit einem zu prüfenden Leistungsschalter T0. Die umfassende Überwachungseinrichtung 30 für charakteristische Größen dient zum Überwachen des zu prüfenden Leistungsschalters T0, um einen für die Prüfung benötigten Parameter zu erhalten. Das zweite Amperemeter A2 ist an einem Ende mit dem anderen Ende des Strombegrenzungswiderstands R verbunden und am anderen Ende mit dem zu prüfenden Leistungsschalters T0 verbunden und geerdet. Das erste Voltmeter V1 ist an einem Ende mit einer Leitung verbunden und am anderen Ende geerdet, wobei die Leitung mit dem zweiten Voltmeter A2 und dem zu prüfenden Leistungsschalter T0 verbunden ist. Das zweite Voltmeter V2 ist an einem Ende mit einer Leitung, die mit dem Gleichrichtungs-Hilfsleistungsschalter AB1 und dem zu prüfenden Leistungsschalter T0 verbunden ist, verbunden und am anderen Ende geerdet.
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Durch die Zusammenwirkung der Kurzschlussschaltung, der Gleichrichtungsschaltung und der Lichtbogen-Überwachungsschaltung wird das Szenario einer Lichtbogenbeständigkeitsprüfung innerhalb eines schnellwirkenden Gleichstromschalters gleichwertig simuliert. Durch die Schaltung zur gleichwertigen Simulation wird bei einem SF6-Nenngasdruck des Leistungsschalters die Beständigkeit gegen Abbrand des Leistungsschalters durch einen Gleichstrom der Systembelastung infolge einer unerwünschten Betätigung oder Auslösung in ungeschütztem Zustand überprüft. Dabei wird bei der Prüfungsschaltung der zu prüfende Leistungsschalter (nämlich der zu prüfende Leistungsschalter T0) ausgehend von einer geschlossenen Stellung geöffnet und zwischen den Abbrandkontakten des zu prüfenden Leistungsschalters fließt ein Gleichstromlichtbogen Idc (Für die konkrete Amplitude gilt der strengste Störungszustands-Berechnungswert des konkreten Projekts und in der Regel ist ein Bereich von 3000A bis 5000A denkbar).
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Die Dauer beträgt tac (Für die konkrete Dauer gilt die Schutzverriegelungszeit des flexiblen Gleichstrom-Stromrichters bei dem konkreten Projekt und in der Regel ist ein Bereich von 300ms bis 500ms denkbar).
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Die Lichtbogenbeständigkeitsprüfung wird insgesamt n-mal durchgeführt und die konkrete Anzahl wird in Abhängigkeit von der Lebensdaueranforderung des Projekts an die Anlage bestimmt.
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Im Ausgangszustand befindet sich der zu prüfende Leistungsschalter T0 in geschlossenem Zustand und der Hilfsleistungsschalter AB1, AB2 in geöffnetem Zustand.
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Anforderung an Parameterabweichung: Die Abweichung der Gleichstromamplitude Idc von der Sollwert des Projekts liegt bei ±10%. Die Dauer soll länger als 0,5 s sein. Die Abweichung Idc 2t liegt zwischen 0% und 10%.
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Konkret ist für die Gleichrichtergruppe V eine 6-Puls- oder 12-Puls-Konfiguration denkbar, wobei die Gleichrichtergruppe durch einen Brückenstromrichter V aus einem steuerbaren Stromrichterzweig gebildet wird. Die Überwachung des zu prüfenden Leistungsschalters durch die umfassende Überwachungseinrichtung für charakteristische Größen umfasst Folgendes:
- - Überwachung mechanischer Eigenschaften, um einen Zeit-Kontaktgeschwindigkeits-Verlauf und einen Zeit-Kontaktwegverlauf des zu prüfenden Leistungsschalters T0 beim Öffnen zu erhalten,
- - Infrarotüberwachung, um eine durch die Wärmestrahlung des Lichtbogens an den zu prüfenden Leistungsschalter verursachte Änderung des Temperaturanstiegs an der Oberfläche der Lichtbogenlöschkammer zu erhalten,
- - Gaskomponentenüberwachung, um den Vorgang der Erzeugung und der Veränderung der SF6-Gaskomponente zu erfassen, wenn der Innenbereich des zu prüfenden Leistungsschalters dem Lichtbogen ausgesetzt ist.
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Konkret umfasst der Prüfungsvorgehensschritt die folgenden Unterschritte:
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1) Konfigurieren der Parameter der Prüfungsschaltung
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Einstellen des Verhältnisses des Kurzschluss-Transformators gemäß dem Strom-Sollwert der Prüfung und der Nennspannung des Generators und Einstellen der Trockendrosselspule in einer Gleichrichtungs-Prüfungsschaltung, sodass auf der Seite des zu prüfenden Leistungsschalters ein Kurzschlussstrom mit einer Gleichstromamplitude von Idc erzeugt werden kann.
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2) Erzeugen eines Kurzschlussstroms
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Versetzen des zu prüfenden Leistungsschalters in eine geschlossene Stellung vor Kurzschließen der Prüfungsschaltung. Kurzschließen der Schaltung durch Schließen des Hilfsleistungsschalters AB2 nach Beginn der Prüfung, Verstärken des Kurzschlussstroms über den Kurzschluss-Transformator T in Abhängigkeit von dem Windungsverhältnis der Spule, um einen Kurzschussstrom gemäß der Prüfungsanforderung zu erzeugen, der in einen Gleichrichter der Gleichrichtungsschaltung eingegeben wird, und Aufzeichnen der Stromamplitude durch das Amperemeter A1 in Echtzeit.
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3) Gleichrichten
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In der Gleichrichtungsschaltung ist für den Brückenstromrichter V, der aus einem steuerbaren Stromrichterzweig besteht, eine 6-Puls- oder 12-Puls-Konfiguration denkbar. Schließen des Hilfsleistungsschalters AB1 nach Gleichrichten des Kurzschluss-Wechselstroms durch den Gleichrichter und Ausgeben eines Gleichstroms, der durch die Trockendrosselsnule L und den Strombegrenzungswiderstand R eingestellt wird, um eine Stromamplitude Idc, die die Prüfungsanforderung erfüllt, zu erzeugen.
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4) Prüfung des Lichtbogens und Überwachen des Zustands
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Öffnen des zu prüfenden Leistungsschalters T0 nach Strömen des Nenngleichstroms durch den zu prüfenden Leistungsschalter T0 in der Lichtbogen-Überwachungsschaltung, Erzeugen eines Gleichstrom-Lichtbogens zwischen Abbrandkontakten mit der schnellen Öffnungsbewegung der Kontakte relativ zueinander, wobei nach völligem Öffnen der Kontakte der Gleichstrom-Lichtbogen zwischen den Abbrandkontakten kontinuierlich einen Abbrand verursacht, Öffnen einer Wechselstrom-Kurzschlussschaltung über den Hilfsleistungsschalter AB2 nach Ablauf einer Sollzeit tac der Prüfung, um die Energieversorgung auf der Stromversorgungsseite zu unterbrechen, sodass der Lichtbogen an den Abbrandkontakten des zu prüfenden Leistungsschalters T0 allmählich geschwächt und schließlich gelöscht wird. Somit wird eine Prüfung abgeschlossen wird. Durchführen der Prüfung n-mal gemäß dem Sollwert der Prüfung, wobei als Prüfungsintervall die Zeit herangezogen werden soll, die für die Rückkehr der Temperatur des zu prüfenden Leistungsschalters auf die Umgebungstemperatur benötigt wird, um somit Personenschaden zu vermeiden.
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Aufzeichnen der Schlüsselparameter dynamischer Widerstand, Veränderung der Gaskomponente, Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit und infrarottechnisch erfasster Temperaturanstieg der Lichtbogenlöschkammer während der Prüfung und Feststellen anhand solcher Parameter, ob die Gleichstromlichtbogen-Beständigkeit des zu prüfenden Leistungsschalters die Anforderung erfüllt.
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Konkret umfasst der dynamische Widerstand vier charakteristische Schlüsselparameter, die wie folgt definiert werden:
- 1) Wirksamer kontaktierter Zustand des Abbrandkontakts: Beim Schließen bzw. Öffnen eines Leistungsschalters befindet sich der Abbrandkontakt, wenn der Berührungswiderstand des Abbrandkontakts gleich oder geringer als ein bestimmter Schwellenwert (Eine Festlegung gemäß dem Messwert des dynamischen Berührungswiderstands ist möglich) ist, in einem wirksamen kontaktierten Zustand und, wenn der Berührungswiderstand größer als der Wert ist, in einem unwirksamen kontaktierten Zustand, also einem getrennten Zustand (Dabei handelt es sich hier nicht um eine absolute Trennung und die Aussage hier dient lediglich zum Erleichtern einer Datenanalyse). Wenn bei einem Prüfungsstrom von über 2000A während der Prüfung dynamischen Widerstands das Metallelement des Abbrandkontakts absolut getrennt wird, wird für eine kurze Zeit ein Lichtbogen erzeugt, sodass das Heranziehen des Zeitpunkts, zu dem ein unendlich großer Berührungswiderstand gemessen wird, als Zeitpunkt absoluter Trennung nicht genau sachgemäß ist. Daher wird bei der vorliegenden Anmeldung ein Schwellenwert als Grenzwert der Berührung des Abbrandkontakts definiert, um eine Analyse des Trends der Prüfungsdaten zu erleichtern.
- 2) Wirksame Berührungsverschiebung L (mm): Die Berührungsverschiebung während des Zeitraums, in dem beim Schließen bzw. Öffnen des Leistungsschalters kurz nach Trennung der Hauptkontakte der Berührungswiderstand gleich oder geringer als der Schwellenwert (2000µΩ) ist, wird als wirksame Berührungsverschiebung bezeichnet.
- 3) Kumulativer Berührungswiderstand Raccu (µΩ*mm): Kumulativer Wert des Berührungswiderstand bei der wirksamen Berührungsverschiebung zugeordnetem Abtastzeitpunkt. Bei einer Abtastfrequenz des Prüfungsgeräts von 20k, wobei also jede 0,05-ms ein entsprechender Berührungswiderstandswert erfasst wird, wird der Berührungswiderstand innerhalb des Bereichs des Verlaufs wirksamer Berührungsverschiebung integriert, womit der kumulative Berührungswiderstand µΩ*mm erhalten werden kann.
- 4) Durchschnittlicher Berührungswiderstand Rave (µΩ/mm): Der durchschnittliche Berührungswiderstand µΩ/mm kann durch Dividieren des kumulativen Berührungswiderstands durch die wirksame Berührungsverschiebung erhalten werden, sodass die Veränderung des Berührungswiderstands und der wirksamen Berührungsverschiebung nach Abbrennen des Kontakts gut manifestiert werden kann.
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Vor bzw. nach der Lichtbogenprüfung und in jedem Prüfungsintervall wird der dynamische Widerstand des Abbrandkontakts des Leistungsschalters gemessen, der charakteristische Parameter des Abbrandzustands des Abbrandkontakts aufgezeichnet und die Lichtbogenbeständigkeit des Abbrandkontakts bewertet, indem die folgende Tabelle ausgefüllt wird.
| Prüfungsreihenfolg e | Erste Prüfung | Zweite Prüfung | Dritte Prüfung | .... | n+1-te Prüfung | Kumulati v |
| Amplitude des Lichtbogens, dem die Probe (Prüfling) ausgesetzt ist (kA) | 0 | | | | | |
| Kumulative Energie des | 0 | | | | | |
| einwirkenden Lichtbogens (ΣI2*tarc) | | | | | | |
| Einwirkender Lichtbogen (kA) * Anzahl des einwirkenden Lichtbogens | 0 | | | | | |
| Wirksame Berührungsverschi ebung L (mm) | | | | | | |
| Kumulativer Berührungswiderst and Raccu (µΩ*mm) | | | | | | |
| Durchschnittlicher Berührungswiderst and Rave (µΩ/mm) | | | | | | |
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Wenn die wirksame Berührungsverschiebung L des Abbrandkontakts in dem Bereich von 0 mm bis 5 mm liegt, nimmt der durchschnittliche Berührungswiderstand mit der Zunahme der wirksamen Berührungsverschiebung rasch ab, während bei einer Berührungsverschiebung von mehr als 5 mm die Veränderung des durchschnittlichen Berührungswiderstands stabiler wird.
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Vor bzw. nach der Lichtbogenbeständigkeitsprüfung soll die Veränderung der Länge und des Gewichts des Abbrandkontakts aufgezeichnet werden.
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Demontieren der Prüfungsprobe und Messen der Anschlussgröße und des Gewichts der Teile des feststehenden und des beweglichen Abbrandkontakts,
Änderung des Gewichts vor und nach der Prüfung (Einheit: g)
| | Feststehender Abbrandkontakt | Beweglicher Abbrandkontakt | Gewichtsänd erung des beweglichen und des feststehende n Abbrandkont akts | Gesamtände rung der zwei Unterbrech ungen |
| Vor der Prüfu ng | Nach der Prüfu ng | Änderungsb etrag | Vor der Prüfu ng | Nach der Prüfu ng | Änderungsb etrag |
| Pro be | Unterbrec hung A | | | | | | | | |
| Unterbrec hung B | | | | | | | |
Änderung der Abmessung des Abbrandkontakts vor und nach der Prüfung (Einheit: mm)
| | Feststehender Abbrandkontakt | Beweglicher Abbrandkontakt | Änderungsb etrag des beweglichen und des feststehende n Abbrandkon takts |
| Vor der Prüfu ng | Nach der Prüfu ng | Änderungsb etrag | Vor der Prüfu ng | Nach der Prüfu ng | Änderungsb etrag |
| Pro be | Länge | Unterbrech ung A | | | | | | | |
| Unterbrech ung B | | | | | | | |
| Durchme sser | Unterbrech ung A | | | | | | | |
| Unterbrech ung B | | | | | | | |
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Dabei ist das Verfahren zum Bewerten des Abbrandzustands des Kontakts der Lichtbogenlöschkammer des Leistungsschalters konkret aus 2 zu entnehmen und umfasst die folgenden Schritte:
- Schritt 1: Erfassen der charakteristischen Parameter der Lichtbogenlöschkammer des Leistungsschalters durch den Benutzer mittels einer dynamischen Widerstandsprüfungstechnik und Eingeben in ein Bewertungssystem, wobei die Eingabedaten Folgendes umfasst:
- 1) Anlagenbuchinformation des zu bewerten Leistungsschalters: Planungsnummer, Phase, Spannungsklasse, Modell, Hersteller, Datum der Inbetriebnahme des Leistungsschalters,
- 2) Charakteristische Ausgangsparameter des Leistungsschalters dieses Modells: Wirksame Berührungsverschiebung L (mm) des Abbrandkontakts, kumulativer Berührungswiderstand Raccu (µΩ*mm) des Abbrandkontakts und durchschnittlicher Berührungswiderstand Rave (µΩ/mm) des Abbrandkontakts,
- 3) Charakteristische Parameter des zu bewertenden Leistungsschalters in aktuellem Zustand:
Wirksame Berührungsverschiebung L (mm) des Abbrandkontakts, kumulativer Berührungswiderstand Raccu (µΩ*mm) des Abbrandkontakts und durchschnittlicher Berührungswiderstand Rave (µΩ/mm) des Abbrandkontakts, - Schritt 2: umfassende Bewertung der im Schritt 1 eingegebenen charakteristischen Parameter des zu bewertenden Leistungsschalters im Ausgangszustand bzw. aktuellem Zustand anhand einer Datenbank (Datenbank kumulativer Energieabbrand, relationale Datenbank charakteristische Parameter des Kontakts und Expertendatenbank des Kontaktabbrandzustands), um jeweils die dem aktuellen Abbrandzustand entsprechende Differenz hinsichtlich der kumulativen Öffnungs- und Schließenergie und des zugehörigen Verlaufs charakteristischer Parameter zu erhalten.
- Schritt 3: Berechnen der charakteristischen Parameter anhand des Ergebnisses der umfassenden Analyse im Schritt 2 und Ermitteln des Bereichs des Verhältnisses der aktuellen wirksamen Berührungsverschiebung zu der wirksamen Berührungsverschiebung im Ausgangszustand des Abbrandkontakts de Leistungsschalters.
- Schritt 4: Beurteilen des aktuellen Zustands der Lichtbogenlöschkammer des Leistungsschalters, wobei ein Verhältnis der aktuellen wirksamen Berührungsverschiebung zu der wirksamen Berührungsverschiebung im Ausgangszustand des Abbrandkontakts von 80% bis 100% auf einen normalen Abbrandzustand, ein Verhältnis von 60% bis 80% auf einen Zustand mit leichtem Abbrand, ein Verhältnis von 40% bis 60% auf einen Zustand mit mittlerem Abbrand, ein Verhältnis von 20% bis 40% auf einen Zustand mit schwerem Abbrand und ein Verhältnis von unter 20% auf einen anormalen Zustand hinweist.
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Während Lichtbogenprüfung innerhalb des Leistungsschalters wird der Veränderungstrend wie die Erzeugung und die Zunahme verschiedener charakteristischer Komponenten des SF6-Gases der Lichtbogenlöschkammer aufgezeichnet. Solche Daten können sowohl als wichtige Instandhaltungsgrundlage beim Betrieb der Leistungsschalter dieses Modells als auch als wichtiger Indikator zum Bewerten des Abbrandgrads der Düse des Leistungsschalters dienen.
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Zum Überwachen der Schließ- und Öffnungsgeschwindigkeit des zu prüfenden Leistungsschalters kann ein herkömmlicher Geschwindigkeitssensor, der an einem Anschlusshebel eines Betätigungsmechanismus des Leistungsschalters angebracht ist, verwendet werden. Bei einer Schließbetätigung des zu prüfenden Leistungsschalters T0 werden Daten über die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit v, die Zeit t und den Betätigungsweg 1 in Echtzeit zur umfassenden Verarbeitung an die umfassende Überwachungseinrichtung für charakteristische Parameter übertragen, womit die Messung mechanischer Eigenschaften abgeschlossen wird.
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Da der Abbrandkontakt kontinuierlich durch den Lichtbogen für eine Dauer von tarc abgebrennt wird, wird beim Durchführen einer Lichtbogenbeständigkeitsprüfung innerhalb des zu prüfenden Leistunpsschalters T0 eine Temperaturveränderung um mehrere K an der Oberfläche der Lichtbogenlöschkammer infolge der Wärmestrahlung des Lichtbogens über isolierendes Gas an den Isoliermantel der Lichtbogenlöschkammer verursacht. Daher wird der Temperaturanstieg des Isoliermantels der Lichtbogenlöschkammer des Leistungsschalters während der Prüfung mittels der Infrarotstrahlungs-Temperaturmesstechnik unter Verwendung einer Infrarotüberwachungseinrichtung in Echtzeit überwacht und die Daten werden zur umfassenden Analyse und Verwertung an die umfassende Überwachungseinrichtung für charakteristische Parameter übertragen. Prüfungsdaten über den Temperaturanstieg in einer Typprüfung werden als wichtige Grundlage zur Zustandsbewertung bei späterem Betrieb verwendet.
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Der Leistungsschalter weist zwei Lichtbogenlöschkammer auf und als Temperaturmessstelle in jeder der Lichtbogenlöschkammer werden insgesamt sechs Stellen an einer linken, einer mittleren und einer rechten Position in der oberen und der unteren Schicht gewählt, wie sich konkret aus
3 ergibt. Nach Abschluss der Temperaturmessung werden die Daten über den Temperaturanstieg (K) wie folgt aufgezeichnet:
| Temperaturmessstelle | Obere Schicht (Temperaturanstieg T2 K) | Untere Schicht (Temperaturanstieg T2 K) | Durchschnitt T1 |
| links | mitte | rechts | links | mitte | rechts |
| Lichtbogenlöschkammer 1 | | | | | | | |
| Lichtbogenlöschkammer 2 | | | | | | | |
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4 zeigt einen Bewertungsablauf des Temperaturanstiegs, der Folgendes umfasst:
- 1. Bei der Lichtbogenbeständigkeitsprüfung des Leistungsschalters wird die Temperatur des Isoliermantels der Lichtbogenlöschkammer infrarottechnisch überwacht und eine Temperaturanstiegsprüfung wird jeweils an einer Stelle links, rechts und mittig in der oberen und der unteren Schicht durchgeführt. Der Temperaturanstieg an der einzelnen Stelle wird als T2 aufgezeichnet. Die Quadratwurzel der Varianz der Temperaturanstiege an diskreten Punkten der Lichtbogenlöschkammer wird berechnet und somit wird ein Durchschnitt T1 erhalten.
- 2. Feststellen, ob ein Teilbereich überwärmt wird und der Temperaturanstieg der Lichtbogenlöschkammer einen Durchschnitt T1 max überschreitet. Wenn dies nicht der Fall ist, wird dann von einem normalen Bewertungsergebnis ausgegangen. Wenn dies der Fall ist, wird dann die Bewertung weiter ausgeführt.
- 3. Anhand des Temperaturanstiegs eines stromdurchflossenen Leiters bei normaler Lichtbogenbeständigkeit wird eine Rückrechnung des gemessenen Temperaturanstiegs des Mantels durchgeführt, um einen Temperaturanstiegs-Berechnungswert des stromdurchflossenen Leiters zu erhalten.
- 4. Feststellen, ob ein Prüfungswert, der sich aus der diskreten Punktprüfung des Mantels der Lichtbogenlöschkammer ergibt, einen ersten Begrenzungswert T2 max 1 überschreitet. Wenn dies der Fall ist, wird von einer anormalen Berührung des stromdurchflossenen Leiters der Lichtbogenlöschkammer ausgegangen. Wenn dies nicht der Fall ist, wird dann die Bewertung weiter ausgeführt.
- 5. Feststellen, ob ein Prüfungswert, der sich aus der diskreten Punktprüfung des Mantels der Lichtbogenlöschkammer ergibt, einen ersten Begrenzungswert T2 max2 überschreitet. Wenn dies der Fall ist, wird davon ausgegangen, dass die Berührung des stromdurchflossenen Leiters einen bemerkenswerten Wert erreicht und eine weitere Hilfsbewertungsmaßnahme ergriffen werden soll.
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Wenn dies nicht der Fall ist, wird dann die Temperaturanstieg-Bewertung beendet.
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Gemäß dem Sollwert der Prüfung wird die Lichtbogenbeständigkeitsprüfung n-mal durchgeführt. Bei der Prüfung soll an dem zu prüfenden Leistungsschalter T0 keine offensichtliche Außenwirkung auftreten. Mit anderen Worten soll keine Explosion der Probe auftreten und an dem Gehäuse soll kein Loch oder Riss gebildet werden. Dann wird davon ausgegangen, dass die Anforderung an die Lichtbogenbeständigkeit des Innenbereichs erfüllt wird.
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Das vorstehende Ausführungsbeispiel dient lediglich zur Erläuterung der technischen Konzepte und der Merkmale der Erfindung, sodass Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet den Inhalt der Erfindung verstehen und ausführen können, wobei der Schutzumfang der Erfindung keineswegs darauf eingeschränkt wird. Jegliche gleichwertige Abänderung oder Modifikation, die anhand der Grundideen der Erfindung vorgenommen wird, soll von dem Schutzumfang der Erfindung umfasst sein.
