JP7201956B2

JP7201956B2 - 直流高速スイッチの総合性能を評価する方法

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Publication number: JP7201956B2
Application number: JP2021566540A
Authority: JP
Inventors: ▲長▼虹 ▲張▼; 旭 ▲楊▼; ▲衛▼国黎; 忠康黄; 勇 ▲孫▼; ▲暁▼▲鵬▼ ▲陳▼
Original assignee: 中国南方電网有限責任公司超高圧輸電公司検修試験中心
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2023-01-11
Anticipated expiration: 2039-07-25
Also published as: CN110376514A; DE112019006961T5; CN110376514B; JP2022532577A; WO2021003774A1

Description

本発明は、評価方法に関し、具体的には直流高速スイッチの総合性能評価方法に関する。

直流高速スイッチ（Ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｓｗｉｔｃｈ、ＨＳＳ）は、主に多端フレキシブル直流送電システムに用いられている。直流高速スイッチを配置する目的は、直流システムの第３ステーションのオンライン投入・退出及び直流回線故障の高速な隔離を図り、全直流システムの信頼性及び利用可能性を向上させることにある。

直流高速スイッチは、一般的に開放柱式遮断器の形態を採用し、操作機構は、油圧又はばねを採用可能である。多端システムに合わせて制御を協調させ、送電側、受電側のオンライン投入及び退出を図るために、機器の肝心な性能パラメータの協調は、非常に高く要求され、主に以下の特徴を有する。

（１）１．０５ｐ．ｕ．以上のシステム定格搬送容量の固有長期間オーバーロード能力（最高環境温度において）を具備すべきである。
（２）強い直流アーク耐性能力を具備する。
（３）直流回線の無負荷充電電流を転送する能力を具備する。
（４）高い開極速度、確実な機械動作特性を具備し、不動作、誤動作が発生しない。

直流高速スイッチの運転状況は、主に定常オン、オフ過渡過程、定常オフ及びオン過渡過程との４種を含む。ＨＳＳの４種の運転状況では、以下の能力を具備することが要求されている。

１、ＨＳＳ開極状態において、開放口の両側のコンバータステーションがアンロックされ、両側の直流電圧が何れも定格直流電圧に達して安定し、この時、ＨＳＳが確実に閉極可能である。
２、ＨＳＳ閉極状態において、開放口の一側のコンバータステーションがロックされ、最初の時にロック側直流電圧が一定に保持され、ＨＳＳが確実に開極可能であるが、極線ＰＴ抵抗放電等により、ロック側の対地電圧が徐々に低下していく。そのため、高速スイッチのブレードがオフされる前に、ＨＳＳは、徐々に高くなる端間電圧に耐えられるものでなければならない。
３、直流回線に故障が発生した場合、ＨＳＳ電源側のコンバータステーションが快速に位相シフトし、ＨＳＳロード側のコンバータステーションが快速にロックされ、ＨＳＳ開極動作前に、１００ｍｓ程度の時間で瞬時大電流に耐える必要があり、振幅が数十ｋＡまで達する。ＨＳＳは、電流が０に減衰した後で、開極する。
４、短時間の内部アーク耐性能力を具備する。例えば、烏東徳フレキシブル直流プロジェクトでは、３１２５Ａ、４００ｍｓ、５回の内部アークに対する耐えが要求され、雲南省―貴州省接続プロジェクトでは、３７８６Ａ、４００ｍｓ、５回の内部アークに対する耐えが要求され、且つ５回のアークの後でも絶縁外皮に破損が発生しないことが要求される。
５、ＨＳＳは、確実な高速閉極、開極の機械性能を具備する必要がある。例えば、烏東徳プロジェクトでは、閉極時間＜１００ｍｓ、開極時間＜３０ｍｓが要求される。
６、ＨＳＳは、直流電流又は故障電流をオン・オフする性能を有する必要がない。しかし、直流回線の残留電流をオン・オフする能力を有する必要がある。それは、一般的に、２０Ａ程度である。

したがって、ＨＳＳを応用する前に、その全体の肝心な性能に対して試験審査評価を行う必要がある。しかし、従来では、関連する試験審査方法はなかった。

本発明の目的は、上記従来技術の不足を克服し、ＨＳＳを応用する前に、ＨＳＳに対して全面的で総合的な試験審査を行うことで、その性能が規定の要求に適うか否かを評価する直流高速スイッチの総合性能評価方法を提供することにある。

上記目的を果たすべく、本発明の解決手段は、以下のようになる。

被試験遮断器のアブレーション耐性が要求に適うか否かを検出して判断するための内部アーク耐性検出試験と、
被試験遮断器の絶縁余裕が要求に適うか否かを検出して判断するための外部絶縁性能検出試験と、
被試験遮断器の開閉性能が要求に適うか否かを検出して判断するための直流無負荷充電電流オン・オフ検出試験と、
被試験遮断器の機械信頼性が要求に適うか否かを検出して判断するための機械性能検出試験と、を含み、
内部アーク耐性検出試験、外部絶縁性能検出試験、直流無負荷充電電流オン・オフ検出試験、機械性能検出試験のいずれか一つの検出試験に合格しなければ、当該被試験遮断器の性能評価が不合格であると判断し、
内部アーク耐性検出試験、外部絶縁性能検出試験、直流無負荷充電電流オン・オフ検出試験、機械性能検出試験のいずれも合格すれば、被試験遮断器に総合性能評価を行って、性能の格付けを行う
直流高速スイッチの総合性能を評価する方法。

本発明は、従来技術よりも、以下の有利な作用効果を有する。

内部アーク耐性検出試験、外部絶縁性能検出試験、直流無負荷充電電流オン・オフ検出試験、機械性能検出試験の四つの検出試験により、ＨＳＳに対して全面的で総合的な性能検出判断を行って、使用の性能要求を満たすか否かを判断し、使用の安全性を保証することができる。

本発明の実施例に係る直流高速スイッチの総合性能評価方法のフローチャートである。直流高速スイッチの内部アーク耐受試験回路の電気回路原理図である。遮断器の消弧室の接触子アブレーション状態の評価システム模式図である。消弧室の赤外モニタリングの模式図である。温度上昇評価フローの模式図である。直流高速スイッチの直流無負荷充電電流オン・オフ試験回路の電気回路図。

以下では、図面及び具体的な実施形態を組み合わせて本発明の内容について更に詳細に説明する。

実施例：

図１に示すように、本実施例に係る直流高速スイッチの総合性能評価方法は主に、
被試験遮断器のアブレーション耐性が要求に適うか否かを検出して判断するための内部アーク耐性検出試験と、
被試験遮断器の絶縁余裕が要求に適うか否かを検出して判断するための外部絶縁性能検出試験と、
被試験遮断器の開閉性能が要求に適うか否かを検出して判断するための直流無負荷充電電流オン・オフ検出試験と、
被試験遮断器の機械信頼性が要求に適うか否かを検出して判断するための機械性能検出試験と、を含み、
内部アーク耐性検出試験、外部絶縁性能検出試験、直流無負荷充電電流オン・オフ検出試験、機械性能検出試験のいずれか一つの検出試験に合格しなければ、当該被試験遮断器の性能評価が不合格であると判断し、
内部アーク耐性検出試験、外部絶縁性能検出試験、直流無負荷充電電流オン・オフ検出試験、機械性能検出試験のいずれも合格すれば、被試験遮断器に総合性能評価を行って、性能の格付けを行う。

上記内部アーク耐性検出試験、外部絶縁性能検出試験、直流無負荷充電電流オン・オフ検出試験、機械性能検出試験の四つの検出試験により、ＨＳＳに対して全面的で総合的な性能検出判断を行って、使用の性能要求を満たすか否かを判断し、使用の安全性を保証することができる。

具体的には、上記内部アーク耐性検出試験は主に試験回路構築ステップ及び試験操作ステップという２つのステップを含む。

ただし、図２に示すように、当該試験回路は、主に、３つの回路、即ち、短絡回路１００、整流回路２００、アークモニタリング回路３００によって構成されている。

当該短絡回路１００は、補助遮断器ＡＢ２、交流発電機Ｇ及び短絡変圧器Ｔを備え、当該交流発電機Ｇ、短絡補助遮断器ＡＢ２、及び短絡変圧器Ｔの一次コイルは、順に直列接続されてループを形成する。

当該整流回路２００は、第１電流計Ａ１、整流弁群Ｖ、乾式リアクトルＬ、整流補助遮断器ＡＢ１、及び電流制限抵抗Ｒを備える。当該整流弁群Ｖは、当該短絡変圧器Ｔの二次コイルに接続され、第１電流計Ａ１は、整流弁Ｖの、短絡変圧器Ｔの二次コイルに接続されるコイルに実装され、当該電流制限抵抗Ｒは、一方端が前記整流弁群Ｖの入力端に接続され、他方端が整流補助遮断器ＡＢ１の一方端に接続され、前記リアクトルＬの一方端は、前記整流弁群Ｖの出力端に接続されている。

当該アークモニタリング回路３００は、第１電圧計Ｖ１、第２電圧計Ｖ２、第２電流計Ａ２、及び特徴パラメータ総合モニタリング装置３０を備える。当該整流補助遮断器ＡＢ１の他方端は、被試験遮断器Ｔ０に接続されるように構成され、当該特徴パラメータ総合モニタリング装置３０は、被試験遮断器Ｔ０をモニタリングすることで、試験に必要なパラメータを取得するように構成されている。当該第２電流計Ａ２は、一方端が前記電流制限抵抗Ｒの他方端に接続され、他方端がそれぞれ被試験遮断器Ｔ０及びグランドに接続され、当該第１電圧計Ｖ１は、一方端が第２電流計Ａ２の、被試験遮断器Ｔ０に接続される回線に接続され、他方端が接地され、当該第２電圧計Ｖ２は、一方端が整流補助遮断器ＡＢ１の、被試験遮断器Ｔ０に接続される回線に接続され、他方端が接地される。

短絡回路、整流回路、アークモニタリング回路の協同作用の下で直流高速スイッチの内部アーク耐性試験のシーンを等価的に模擬できる。等価模擬回路により、遮断器のＳＦ₆定格気圧において、システム運転状態に誤動作、誤トリッピングが発生したときに遮断器によって耐えられるシステム負荷直流電流のアブレーションの性能を検証可能である。

ただし、当該試験回路では、被試験遮断器（即ち、被試験遮断器Ｔ０）が閉極位置から開極を開始し、被試験遮断器のアーク接触子の間で直流電流電弧Ｉ_dc（具体的な振幅は、具体プロジェクトの最も厳しい故障状況に応じた算出値を基準とし、一般的に３０００－５０００Ａ範囲である）を流れる。

持続時間がｔ_ac（具体的な時間は、具体プロジェクトのフレキシブル直流弁保護ロック時間定数を基準とし、一般的に３００－５００ｍｓ範囲である）である。

合計ｎ回のアーク耐え試験が行われ、具体的な回数は、プロジェクトの機器に対する電気寿命要求に応じて定められる。

初期状態時に、被試験遮断器Ｔ０が閉極状態であり、補助遮断器ＡＢ１、ＡＢ２が開極状態である。

パラメータ偏差要求は、下記のようになる。直流振幅値Ｉ_dcとプロジェクト要求との偏差が±１０％であり、持続時間が０．５ｓを超えてはならず、Ｉ_dc ²ｔの偏差が０～１０％である。

具体的に、当該整流弁群Ｖは、制御可能なコンバータアームからなるブリッジコンバータバルブＶによって構成され、６パルス又は１２パルスに設置されてもよい。

当該特徴パラメータ総合モニタリング装置が被試験遮断器をモニタリングすることは、
被試験遮断器Ｔ０の開極時の時間－接触子速度、時間－接触子ストロークの曲線を取得するための機械特性モニタリングと、
被試験遮断器のアーク耐えにおける熱放射による消弧室の表面温度上昇の変化状況を取得するための赤外モニタリングと、
被試験遮断器の内部アーク耐え過程におけるＳＦ６ガス組成の発生、変化の過程を取得するためのガス組成モニタリングと、を含む。

具体的に、当該試験操作ステップは、以下のサブステップを含む。

１）試験回路のパラメータの配置
試験電流要求値及び発電機定格電圧に基づいて短絡変圧器の変圧比を調整し、更に整流試験回路における乾式リアクトルを調節することにより、被試験遮断器側で直流振幅値Ｉ_dcの短絡電流が発生可能にする。
２）短絡電流の生成
試験回路に短絡が発生する前に、被試験遮断器が閉極位置にある。試験開始後、補助遮断器ＡＢ２を閉極させて回路を短絡させ、短絡変圧器Ｔによって短絡電流をコイルの巻き数比に応じて増幅させ、試験で要求される短絡電流を生成して整流回路の整流弁に入力し、電流計Ａ１によって電流振幅値をリアルタイムで記録する。
３）整流
整流回路において、制御可能なコンバータアームからなるブリッジコンバータバルブＶは、６パルス又は１２パルスに設置可能である。交流短絡電流をコンバータバルブによって整流した後、補助遮断器ＡＢ１の閉極によって直流電流として出力し、乾式リアクトルＬと電流制限抵抗器Ｒとによって調節した後、試験要求を満たす電流振幅値Ｉ_dcを生成する。
４）アーク試験及び状態モニタリング
アークモニタリング回路において、定格直流電流が被試験遮断器Ｔ０を流れた後、被試験遮断器Ｔ０が開極するように制御し、接触子の快速な相対開極運動につれて、アーク接触子の間で直流電弧が発生し、接触子が所定位置まで開極した後、直流電弧がアーク接触子の間でアブレーションし続け、試験要求時間ｔ_acで維持した後、補助遮断器ＡＢ２によって交流短絡回路を遮断して電源側エネルギー供給を切断し、被試験遮断器Ｔ０のアーク接触子の電弧が徐々に減衰して最終的に消滅することになり、これで１回の試験が終了する。試験要求値に応じてｎ回の試験を行い、試験間隔は、人身傷害を回避するように、被試験遮断器の温度が環境温度まで回復するのに必要な時間を基準とするべきである。

試験過程において、動的抵抗、ガス組成変化、開閉極速度、及び消弧室の赤外温度上昇などの肝心なパラメータをそれぞれ記録し、これらのパラメータに基づいて、被試験遮断器の直流アーク耐性能力性能が要求に適うか否かを分析する。

具体的に、当該動的抵抗は、肝心な特徴パラメータを４つ含み、具体的に以下のように定義する。

１）アーク接触子有効接触状態：遮断器の開閉極過程において、アーク接触子の接触抵抗が、ある閾値（当該値は、動的接触抵抗の測定値を参照して与えられてもよい）以下であるときに、アーク接触子が有効接触状態であると考えられ、接触抵抗が当該値より大きいであるときに、アーク接触子が無効接触で、分離状態（絶対分離ではなく、データ分析を便利にするためのものである）であると考えられる。動的抵抗のテストの時に試験電流が２０００Ａ以上に達するため、アーク接触子の金属が絶対的に分離する際、暫くのアーク放電現象が発生するので、テスト手段によって接触抵抗が無限大である時を接触子の絶対分離時刻とすることは、不精確である。したがって、本発明は、ただ試験データの傾向分析を便利にするため、ある閾値をアーク接触子の接触境界値として定義する。
２）有効接触変位Ｌ（ｍｍ）：遮断器の開閉極過程において、主接触子が分離した直後、アーク接触子の接触抵抗が閾値（２０００μΩ）以下であるときに対応する接触変位は、有効接触変位と称される。
３）累積接触抵抗Ｒ_accu（μΩ＊ｍｍ）：有効接触変位に対応するサンプリング時刻における接触抵抗の累積値である。試験機器のサンプリングレートが２０ｋであり、即ち、０．０５ｍｓごとに、対応する接触抵抗値が得られる。有効接触変位の曲線範囲内の接触抵抗に対して積分を行うと、累積接触抵抗μΩ＊ｍｍは取得可能である。
４）平均接触抵抗Ｒ_ave（μΩ／ｍｍ）：累積接触抵抗を有効接触変位で除算すると、平均接触抵抗μΩ／ｍｍを取得可能であり、接触子のアブレーション後の接触抵抗及び有効接触変位の変化状況を比較的に良好に体現させることが可能となる。

アーク試験の前後及び毎回の試験間隔の何れにも、遮断器アーク接触子の動的抵抗を測定し、アーク接触子のアブレーション状態特徴パラメータを記録し、アーク接触子の電弧アブレーションに耐える度合いを評価すると、以下の表の記録を完成させる。

アーク接触子の有効接触変位Ｌが０～５ｍｍの区間であるときに、平均接触抵抗は、有効接触変位の増加に従って快速に降下する傾向を呈し、接触変位が５ｍｍより大きくなった後、平均接触抵抗の変化は、徐々に安定になっていく。

アーク耐え試験の前後は、アーク接触子のサイズ長さ、重量変化を記録すべきである。

試験見本機を分解し、動、静アーク接触子のポートサイズ及び部品重量を測定する。

ただし、遮断器の消弧室の接触子アブレーション状態評価方法は、具体的に図３に示すように、以下のステップを含む。

第１ステップでは、ユーザは、動的抵抗テスト技術によって遮断器消弧室特徴パラメータを取り出して評価システムへ入力する。入力データは、下記の１）～３）を含む。

１）評価対象遮断器の台帳情報：遮断器スケジューリング番号、相、電圧レベル、遮断器型番、メーカ、運営投入時間。
２）当該型番の遮断器の初期特徴パラメータ：アーク接触子の有効接触変位Ｌ（ｍｍ）、アーク接触子の累積接触抵抗Ｒ_accu（μΩ＊ｍｍ）、アーク接触子の平均接触抵抗Ｒ_ave（μΩ／ｍｍ）。
３）評価対象遮断器の現在状態における特徴パラメータ：アーク接触子の有効接触変位Ｌ（ｍｍ）、アーク接触子の累積接触抵抗Ｒ_accu（μΩ＊ｍｍ）、アーク接触子の平均接触抵抗Ｒ_ave（μΩ／ｍｍ）。

第２ステップでは、データベース（累積エネルギーアブレーショ指紋データベース、接触子特徴パラメータ関連データベース、接触子アブレーション状態専門家データベース）に基づいて、第１ステップで入力された評価対象遮断器の初期状態、現在状態の特徴パラメータに対して総合評価を行い、アーク接触子の現在アブレーション状態に対応する累積開閉エネルギー、特徴量関連曲線の定量的な差分をそれぞれ取得する。

第３ステップでは、第２ステップで総合分析された結果に基づいて、特徴パラメータの算出を完成し、遮断器の現在アーク接触子の有効接触変位と初期有効接触変位との比の区間を判別する。

第４ステップでは、現在の遮断器消弧室状態を評価する。現在アーク接触子の有効接触変位と初期有効接触変位との比が８０～１００％範囲内である場合に、正常アブレーション状態となり、比が６０～８０％範囲内である場合に、軽度アブレーション状態となり、比が４０～６０％範囲内である場合に、中度アブレーション状態となり、比が２０～４０％範囲内である場合に、重度アブレーション状態となり、比が＜２０％範囲内である場合に、異常状態となる。

遮断器に内部アーク試験を行う過程では、消弧室のＳＦ₆ガスの複数種の特徴組成の生成、増加等の変化傾向を記録する。当該データは、当該型番の遮断器の運転時に重要な点検修理依拠とすることが可能で、遮断器のノズルのアブレーションの度合いを評価する重要指標でもある。

その一方、被試験遮断器の開閉極速度モニタリングは、遮断器の操作機構のクランクアームに取り付けられる通常の速度センサを採用してもよい。被試験遮断器Ｔ０の開閉極動作時に、開閉極速度ｖ－時間ｔ－動作ストロークｌのデータを特徴パラメータ総合モニタリング装置にリアルタイムで伝送して総合処理する。

被試験遮断器Ｔ０で内部アーク耐性試験を行うとき、アーク接触子が電弧ｔａｒｃのアブレーションに耐え続けるため、電弧の温度上昇が絶縁ガスを介して消弧室の絶縁外皮に熱放射され、消弧室の表面の数Ｋの温度上昇変化を引き起こす。したがって、試験過程において、赤外放射温度測定技術に基づいて赤外モニタリング装置を採用し、遮断器の消弧室の絶縁外皮の温度上昇変化をリアルタイムでモニタリングし、データを特徴パラメータ総合モニタリング装置に伝送して総合分析評価を行う。タイプ試験において、温度上昇テストデータは、運転後の重要な状態評価依拠となる。

遮断器は、２つの消弧室を有し、各消弧室の温度測定点はそれぞれ、上下層、左中右位置で合計６点を取り、詳細は図４に示される。

温度測定が完了した後、温度上昇（Ｋ）データは、以下のように記録されている。

温度上昇評価フローは、図５に示すように、以下の１～５を含む。

１、遮断器にアーク耐え試験を行う過程では、消弧室の絶縁外皮温度を赤外モニタリングし、上下層、左中右で点を配置する原則に従って温度上昇テストを行い、各点の温度上昇をＴ２として記録し、消弧室の分散点の温度上昇について分散根処理を行って平均値Ｔ１を得る。
２、局所過熱により消弧室の温度上昇が平均値Ｔ１ｍａｘを超えることがあるか否かを判定し、超えない場合に、正常と評価し、超える場合に、次の評価へ進む。
３、正常アーク耐性におけるキャリア導体の温度上昇に基づいて、実測された外皮の温度上昇に対して逆推算を行い、キャリア導体の温度上昇算出値を得る。
４、消弧室の外皮の分散点テスト値のうち、第１限界値Ｔ２ｍａｘ１を超えるものがあるか否かを判定し、そうであれば、消弧室のキャリア導体の接触が異常であると評価し、そうでなければ、次の評価へ進む。
５、消弧室の外皮の分散点テスト値のうち、第２限界値Ｔ２ｍａｘ２を超えるものがあるか否かを判定し、そうであれば、消弧室のキャリア導体の接触が注意値に達し、他の補助評価手段を採用すべきであると評価し、そうでなければ、温度上昇評価は終了する。

試験要求値に応じて、ｎ回の内部アーク耐えを経る。試験を行う過程では、被試験遮断器Ｔ０は、明らかな外部効果が発生しない場合、即ち、試験品が爆発しなく、且つそのハウジングに穴やクラックが発生しない場合、内部アーク耐性要求を満たすことを意味する。

一方、機械信頼性の検証は以下のように行うことが可能である。

直流システムにおけるＨＳＳスイッチの位置の特殊性のため、極めて高い機械的信頼性を具備することが要求され、運転過程において不動作、誤動作、引っかかりなどの機械的欠陥の発生は許されず、標準に従って通常の機械的性能Ｍ２レベル１００００回の機械的開閉操作を終了した後、さらに機械的限界状況試験を追加すべきである。以下では、ばね操作機構遮断器と油圧（油圧皿ばねを含み）機構のそれぞれに対して限界速度における機械信頼性検証が提出され、下表の試験状況における操作を完了した後、遮断器に不動作、誤動作、引っかかりなどの故障が発生せず、且つ油圧機構に油漏れ、頻繁に加圧、圧力建立できない状況が発生しない場合、試験に合格する。

１、ばね操作機構遮断器

提供される機器の分閉極速度範囲において、限界最速分閉極速度及び最遅分閉極速度における機器の機械操作性能（各々５００回以上行う）を検証する。試験過程において異常動作が発生してはいけなく、試験終了の後試験品に異常損傷がないことを確認すべきである。

２、油圧（油圧皿ばねを含む）機構遮断器

限界分閉極速度での機械操作において、定格の油圧で、油圧機構の絞り弁を調節することで、開極、閉極速度をその上下限に達させ、組み合わせてから限界速度機械操作を行い、機械動作の信頼性を検証する。試験の前後において、分閉極速度の変化する範囲を記録して比較する必要がある。

一方、当該直流無負荷充電電流オン・オフ検出試験は、主に試験回路を構築するステップと、試験回路に試験操作を行うステップという２つのステップを含む。

図６に示すように、当該試験回路は、第１補助遮断器ＡＢ１、第２補助遮断器ＡＢ２、コンデンサバンクＣ、抵抗器Ｒ、電流計Ａ、第１電圧計Ｖ１、第２電圧計Ｖ２、及び直流高電圧発生器ＤＣを含む。

ただし、当該直流高電圧発生器ＣＣ、第２補助遮断器ＡＢ２、及びコンデンサバンクＣは直列接続されてループを形成する。当該コンデンサバンクＣ、抵抗器Ｒ、及び第２電圧計Ｖ２は直列接続されてループを形成する。当該第１補助遮断器ＡＢ１は、一方端が前記抵抗器Ｒに接続され、他方端が被試験遮断器Ｔ０の一方端に接続されるように構成されている。当該第１電圧計Ｖ１は、一方端が第１補助遮断器ＡＢ１と被試験遮断器Ｔ０との間の回線に接続され、他方端が第２電圧計Ｖ２とコンデンサバンクＣとの接続回線に接続される。当該電流計Ａは、一方端が被試験遮断器Ｔ０の他方端と接続されるように構成され、他方端が接地されて、第２電圧計Ｖ２とコンデンサバンクＣとの接続回線に接続される。

初期状態において、第１補助遮断器ＡＢ１、第２補助遮断器ＡＢ２は開極状態であり、被試験遮断器Ｔ０は閉極状態であり、直流高電圧発生器ＤＣによってコンデンサバンクＣに直流高電圧を所定値まで出力することができる。

具体的には、本直流高速スイッチ直流無負荷充電電流オン・オフ試験回路で試験を行う場合、如下のステップを含む。

１）試験回路パラメータの配置

試験目標でオン・オフする直流電流Ｉ及び回復電圧Ｕに基づいて、抵抗器Ｒ＝Ｕ／Ｉを得る。

コンデンサバンクを配置し、主に、コンデンサバンクの電気容量Ｃ及びコンデンサバンクの内部抵抗Ｒ _Cを特定する。コンデンサバンクを充電した後、予め充電されたコンデンサバンクと抵抗負荷で直流電流回路を構成するので、コンデンサのパラメータは以下の式で得ることができる。

Ｉ＝（Ｕ＋ＩＲ _C）ωＣ

補助遮断器ＡＢ２と補助遮断器ＡＢ１との合わせ操作で間隔される時間Ｔ１と、補助遮断器ＡＢ１と被試験遮断器Ｔ０との合わせ操作で間隔される時間Ｔ２とは、試験回路がオンになってから電流がＩまで減衰する時間ｔを超えないことが要求され、そうでなければ被試験遮断器が開閉する電流は要求値Ｉよりも小さくなることになる。具体的な回路全体の時間常数の決定は、具体的に以下の式で得られる。

ただし、Ｌｎはネイピア数の対数である。

電流計Ａ、電圧計Ｖ１，Ｖ２の電圧レベル及び測定範囲は、試験要求値よりも高いべきである。

２）コンデンサバンクのエネルギー蓄積

補助遮断器ＡＢ２を閉極させ、直流高電圧発生器ＤＣによりコンデンサバンクを充電しエネルギーを蓄積する。Ｕ＋ＩＲ _C以上に達した後、補助遮断器ＡＢ２を開極させる。

３）コンデンサバンクの放電

Ｔ１の操作間隔時間による遅延を経過して、補助遮断器ＡＢ１を閉極させ、試験回路はオンになる。ＲＣ電気回路の影響を受けて、回路電流にある程度の減衰幅があり、試験電流Ｉまで減衰する前に、被試験遮断器Ｔ０をＴ２の操作間隔時間による遅延を経過してから開極させる。

４）直流電流のオン・オフ

遮断器Ｔ０の開極過程において、スイッチの開放口に直流電弧は発生する。直流電弧は、一つの動的抵抗に等価的に見なすことが可能である。開極過程の進行に伴い、動、静アーク接触子の間の距離は徐々に大きくなり、直流電弧の抵抗は徐々に大きくなり、スイッチの両端の電圧も徐々に高くなり、回路電流は徐々に小さくなる。電流がある程度まで小さくなると、電弧の燃焼は維持しにくく、電弧は消滅する。この時、Ｔ３のアーク時間を記録する。Ｔ３のアーク時間と遮断器開極平均速度ｖとの積は接触子の設計開極距離Ｌよりも小さいことは要求され、そうでなければ、開極運動が停止し、直流電弧を消滅できず、開閉の失敗を引き起こすことになる。

５）試験判断根拠

被試験遮断器は、初期状態では閉極位置であり、回路補助スイッチによって回路がオンとされている。続いて通流時間Ｔ２において被試験遮断器を開極させる。アーク時間Ｔ３の後、被試験遮断器によって試験電流Ｉを正常にオン・オフさせ、オン・オフの後でアーク接触子は回復電圧Ｕに耐えることができ、再点弧が発生しない。

正負極性毎に１０回試験を行う。

被試験遮断器（すなわち被試験遮断器）で所定の正負極性の直流無負荷充電電流オン・オフの回数ｍを完了させると、試験に合格であると判定することができる。

一方、外部絶縁性能検出試験は、遮断器の外部絶縁乾燥アーク距離、沿面距離の設計、及び湿気、汚れ又は塩水噴霧等の気候条件での外部絶縁の絶縁特性により検出判断を行うことができる。

上記実施例はただ本発明の技術的思想及び特徴を説明するためのものであり、その目的は当業者に本発明の内容を理解させ実施させることであり、それにより本発明の保護範囲を制限することができない。本発明の内容の本質に基づいて行われた等価な変化又は修飾は、いずれも本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

Claims

被試験遮断器のアブレーション耐性が要求に適うか否かを検出して判断するための内部アーク耐性検出試験と、
被試験遮断器の絶縁余裕が要求に適うか否かを検出して判断するための外部絶縁性能検出試験と、
被試験遮断器の開閉性能が要求に適うか否かを検出して判断するための直流無負荷充電電流オン・オフ検出試験と、
被試験遮断器の機械信頼性が要求に適うか否かを検出して判断するための機械性能検出試験と、を含み、
内部アーク耐性検出試験、外部絶縁性能検出試験、直流無負荷充電電流オン・オフ検出試験、機械性能検出試験のいずれか一つの検出試験に合格しなければ、当該被試験遮断器の性能評価が不合格であると判断し、
内部アーク耐性検出試験、外部絶縁性能検出試験、直流無負荷充電電流オン・オフ検出試験、機械性能検出試験のいずれも合格すれば、被試験遮断器に総合性能評価を行って、性能の格付けを行い、
前記内部アーク耐性検出試験は、試験回路構築ステップと、試験操作ステップと、を含み、
前記試験回路は、短絡回路、整流回路、及びアークモニタリング回路を備え、
前記短絡回路は、短絡補助遮断器、交流電源、及び短絡変圧器を備え、前記交流電源、短絡補助遮断器、及び短絡変圧器の一次コイルは、順に直列接続されてループを形成し、
前記整流回路は、第１電流計、整流弁群、リアクトル、整流補助遮断器、及び電流制限抵抗を備え、前記整流弁群は前記短絡変圧器の二次コイルに接続され、第１電流計は、整流弁の、短絡変圧器の二次コイルに接続されるコイルに実装され、前記電流制限抵抗は、一方端が前記整流弁群の入力端に接続され、他方端が整流補助遮断器の一方端に接続され、前記リアクトルの一方端は前記整流弁群の出力端に接続され、
前記アークモニタリング回路は、第１電圧計、第２電圧計、第２電流計、及び特徴パラメータ総合モニタリング装置を備え、前記整流補助遮断器の他方端は、被試験遮断器に接続されるように構成され、前記特徴パラメータ総合モニタリング装置は、被試験遮断器をモニタリングすることで試験に必要なパラメータを取得するように構成され、前記第２電流計は、一方端が前記電流制限抵抗の他方端に接続され、他方端がそれぞれ被試験遮断器及びグランドに接続され、前記第１電圧計は、一方端が第２電流計の、被試験遮断器に接続される回線に接続され、他方端が接地され、前記第２電圧計は、一方端が整流補助遮断器の、被試験遮断器に接続される回線に接続され、他方端が接地され、
前記試験操作ステップは、試験回路パラメータ配置サブステップと、短絡電流発生サブステップと、整流サブステップと、アーク試験及び状態モニタリングサブステップとを含み、
前記試験回路パラメータ配置サブステップでは、
試験電流要求値及び発電機定格電圧に基づいて短絡変圧器の変圧比を調整し、更に整流試験回路における乾式リアクトルを調節することにより、被試験遮断器側で直流振幅値Ｉ _dc の短絡電流が発生可能にし、
前記短絡電流発生サブステップでは、
試験回路に短絡が発生する前に、被試験遮断器が閉極位置にあり、試験開始後、短絡補助遮断器を閉極させて回路を短絡させ、短絡変圧器によって短絡電流をコイルの巻き数比に応じて増幅させ、試験で要求される短絡電流を生成して整流回路の整流弁に入力し、第１電流計によって電流振幅値をリアルタイムで記録し、
前記整流サブステップでは、
交流短絡電流をコンバータバルブによって整流した後、整流補助遮断器の閉極によって直流電流として出力し、乾式リアクトルと電流制限抵抗器とによって調節した後、試験要求を満たす電流振幅値Ｉ _dc を生成し、
前記アーク試験及び状態モニタリングサブステップでは、
アークモニタリング回路において、定格直流電流が被試験遮断器を流れた後、被試験遮断器を開極するように制御し、接触子の快速な相対開極運動につれて、アーク接触子の間で直流電弧が発生し、接触子が所定位置まで開極した後、直流電弧がアーク接触子の間でアブレーションし続け、試験要求時間ｔ _ac で維持した後、短絡補助遮断器によって交流短絡回路を遮断して電源側エネルギー供給を切断し、被試験遮断器Ｔ０のアーク接触子の電弧が徐々に減衰して最終的に消滅するようにし、これで１回の試験が終了し、試験要求値に応じてｎ回の試験を行い、試験間隔が、被試験遮断器の温度が環境温度まで回復するのに必要な時間を基準とし、試験過程において、被試験遮断器の動的抵抗、ガス組成変化、開閉極速度、及び消弧室赤外温度上昇量をそれぞれ記録し、ｎは、正整数である
ことを特徴とする直流高速スイッチの総合性能を評価する方法。
前記アークモニタリング回路は、特徴パラメータ総合モニタリング装置を更に備え、前記特徴パラメータ総合モニタリング装置は、被試験遮断器をモニタリングすることで、試験に必要なパラメータを取得するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の直流高速スイッチの総合性能を評価する方法。
前記特徴パラメータ総合モニタリング装置が被試験遮断器をモニタリングすることは、
被試験遮断器Ｔ０の開極時の時間－接触子速度、時間－接触子ストロークの曲線を取得するための機械特性モニタリングと、
被試験遮断器のアーク耐えにおける熱放射による消弧室の表面温度上昇の変化状況を取得するための赤外モニタリングと、
被試験遮断器の内部アーク耐え過程におけるＳＦ６ガス組成の発生、変化の過程を取得するためのガス組成モニタリングと、を含む
ことを特徴とする請求項２に記載の直流高速スイッチの総合性能を評価する方法。
前記直流無負荷充電電流オン・オフ検出試験は、試験回路構築ステップと、試験操作ステップと、を含み、
前記試験回路は、第１補助遮断器、第２補助遮断器、コンデンサバンク、抵抗器、電流計、第１電圧計、第２電圧計、及び直流高電圧発生器を備え、
前記直流高電圧発生器、第２補助遮断器、及びコンデンサバンクは直列接続されてループを形成し、
前記コンデンサバンク、抵抗器、及び第２電圧計は直列接続されてループを形成し、
前記第１補助遮断器は、一方端が前記抵抗器に接続、他方端が被試験遮断器の一方端に接続されるように構成され、
前記第１電圧計の一方端が第１補助遮断器と被試験遮断器との間の回線に接続され、他方端が第２電圧計とコンデンサバンクとの接続回路に接続され、
前記電流計は、一方端が被試験遮断器の他方端に接続されるように構成され、他方端が接地されて、第２電圧計とコンデンサバンクとの接続回路に接続され、
試験操作ステップは、試験回路パラメータ配置サブステップと、コンデンサバンクエネルギー蓄積サブステップと、コンデンサバンク放電サブステップと、直流電流オン・オフサブステップと、試験判断根拠サブステップと、を含み、
試験回路パラメータ配置サブステップは、
試験目標でオン・オフする直流電流Ｉ及び回復電圧Ｕに基づいて、抵抗器Ｒ＝Ｕ／Ｉを得ることと、
コンデンサバンクを配置し、主に、コンデンサバンクの電気容量Ｃ及びコンデンサバンクの内部抵抗Ｒ _Cを特定することと、
第２補助遮断器と第１補助遮断器との合わせ操作は時間Ｔ１を隔て、第２補助遮断器と被試験遮断器との合わせ操作は時間Ｔ２を隔て、Ｔ１とＴ２は、被試験遮断器が開閉する電流が要求値Ｉより小さくならないように、試験回路がオンになってから電流がＩまで減衰する時間ｔを超えないように要求されることと、
電流計、第１電圧計、第２電圧計の電圧レベル及び測定範囲は試験要求値より高くなるように構成されることと、を含み、
コンデンサバンクエネルギー蓄積サブステップは、
第２補助遮断器を閉極させ、直流高電圧発生器によりコンデンサバンクを充電しエネルギーを蓄積し、Ｕ＋ＩＲ _C以上に達した後、第２補助遮断器を開極させることを含み、
コンデンサバンク放電サブステップは、
Ｔ１の操作間隔時間による遅延を経過して、第１補助遮断器を閉極させ、試験回路はオンになり、回路電流が減衰し、試験電流Ｉまで減衰する前に、被試験遮断器をＴ２の操作間隔時間による遅延を経過してから開極させることを含み、
直流電流オン・オフサブステップは、
被試験遮断器の開極過程において、スイッチの開放口に動的抵抗と等価である直流電弧が発生し、開極過程の進行に伴い、動、静アーク接触子の間の距離は徐々に大きくなり、直流電弧の抵抗は徐々に大きくなり、スイッチの両端の電圧も徐々に高くなり、回路電流は徐々に小さくなり、電流がある程度まで小さくなると、電弧の燃焼は維持しにくく、電弧は消滅し、この時Ｔ３のアーク時間を記録し、Ｔ３のアーク時間と被試験遮断器開極平均速度ｖとの積は、開極運動が停止し、直流電弧を消滅できず、開閉の失敗を引き起こさないように、被試験遮断器の接触子の設計開極距離Ｌより小さいように要求されることを含み、
試験判断根拠サブステップは、
被試験遮断器は、初期状態では閉極位置であり、回路補助スイッチによって回路がオンとされ、続いて通流時間Ｔ２において被試験遮断器を開極させ、アーク時間Ｔ３の後、被試験遮断器によって試験電流Ｉを正常にオン・オフさせ、オン・オフの後アーク接触子は回復電圧Ｕに耐えることができ、再点弧が発生しないことと、
被試験遮断器で所定の正負極性の直流無負荷充電電流オン・オフの回数ｍを完了させると、試験に合格であると判定し、ｍは正整数であることと、を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の直流高速スイッチの総合性能を評価する方法。
前記時間ｔは以下の式で算出される

ただし、Ｌｎはネイピア数の対数である
ことを特徴とする請求項４に記載の直流高速スイッチの総合性能を評価する方法。