本发明属于高压断路器开断关合能力试验中的一种非对称开断试验方法。 现普遍要求断路器具有非对称开断能力,其试验条件和方法也日益被重视。直接试验能随不对称度的大小自动改变试验条件。不对称度P是开断瞬间短路电流的非周期分量值与周期分量最大值之比。大部份高压断路器有赖于合成试验。用于对称开断的合成试验线路的电压回路由主电容器组、相当于短路电感的电抗器组、点火球隙和调节瞬态恢复电压波形的调频网络组成。有时为获得交流状的恢复电压,还设有一个高电感值的电抗器组,它与主电容器组形成50赫的振荡。现行IEC标准对合成试验的有关规定仅适合于对称开断。合成试验不能根据P的大小,自动调节非对称开断的试验条件。有些国家已开始研究非对称开断的试验条件和方法,详见“用合成试验法进行非对称短路电流的开断”(IEEE Vol、PAS-102,No.8,August,1983 PP 2717-2724)。国际大电网会议的13-04工作组也在研究这一问题。对称开断时,开断瞬间的电流趋零速率最大。工频恢复电压处于正弦波的峰值,其变化率不大。在合成试验中常用一直流电压来模拟工频恢复电压。非对称开断时,其电流趋零速率和工频恢复电压瞬时值均低于对称开断时的数值。P值越大,其差别也越大。如果熄弧半波是大半波,则开断瞬间的工频恢复电压地相位处于正弦波的绝对值下降的区域;如果熄弧半波是小半波,则其相位处于绝对值上升的区域。在这两种情况下,试品开断后的工频恢复电压变化率较大,这将影响瞬态恢复电压(TRV)的波形。以四参数法TRV为例,对于100%对称开断电流试验(试验方式4),IEC标准规定t2/t1=3,uc/u1=1.4。在非对称开断(试验方式5)时,t2/t1基本上不变,而uc/u1却变化很大。熄弧半波为大半波时uc/u1<1.4;小半波时uc/u1>1.4。不对称度P越大,uc/u1偏离1.4也越多。试品的电压等级越高,uc/u1偏离1.4也越多。为保证非对称开断合成试验的等价性。其电压回路应在四个方面与直接试验保持一致。即:1.电流趋零速率;2.开断瞬间的工频恢复电压瞬时值;3,整个TRV波形;4,试品开断后0.1秒内的工频恢复电压波形。目前已被使用和正在研究的非对称合成试验法可归纳为三种。第一种是采用对称开断的合成试验的线路和回路参数,根据P值,降低电压回路的充电电压,这是目前常用的方法,可满足等价条件1和2;第二种方法仍采用对称开断试验线路和降低充电电压,但根据非对称开断的条件修改回路参数,以满足不同P值和熄弧半波为大或小半波的TRV波形的要求。它能满足等价条件1-3,此法正在拟议中。第三种方法是采用特别的试验线路,例如将一充电的电容器在试品开断后适当时刻接入,使工频恢复电压也比较符合实际,或者采用一种能产生非对称开断条件的具有交流恢复电压的合成试验线路,对后者仅提出设想,并未提出可供实用的线路。
本发明的目的在于提供一种既能进行对称开断,又能在不改变回路参数和充电电压情况下进行各种非对称开断的试验方法,以提高试验等价性和运行效率。
本发明是以下例方式实现的:在具有交流恢复电压的对称开断合成试验线路的电压回路中增设一个点火球隙G2,如图1所示。虚线左侧为电流回路。C为主电容器组,L1为产生50赫振荡的电抗器组,L2为电压回路电抗器组,N为TRV波形调节网络,TB为试品,G1为原有的点火球隙。控制G1和G2的动作时刻和C的充电极性即可进行各种非对称开断的合成试验。将图1中的G2短接,可进行对称开断试验。如果其试验条件符合IEC标准对试验方式4的规定,则在不改变回路参数和充电电压的情况下,控制G1和G2的动作时刻和C的充电极性,即可进行非对称开断(试验方式5)的合成试验。对于熄弧半波为小半波的非对称开断,令G1在图2中电流回路电流I1的最后一个半波(小半波)的P1瞬间动作,形成50赫的振荡,再令G2在P2瞬间动作。图中U为电容器C上的电压,流过试品的电压回路电流I2中也包含非周期分量,其第一个半波也是小半波,持续时间为(π-2θ2)/ω2。令T10和T20分别为P1和P2至I1电流零点P0的时间间隔。按下列公式整定T10和T20,即可得到规定的非对称开断条件
T10= (β-α)/(ω1) + (0.75(π-2θ2))/(ω2) (1)
T20= (0.75(π-2θ2))/(ω2) (2)
θ2=tg-1(ω1)/(ω2) tg(β-α) (3)
同理,对于熄弧半波为大半波的非对称开断,按图3所示方式进行,I2的第一个半波为大半波。T10和T20按式(4)-(6)整定。
T10= (π-(α+β))/(ω1) + (0.75(π-2θ2))/(ω2) ……(4)
T20= (0.75(π-2θ2))/(ω2) ……(5)
θ2=tg-1(ω1)/(ω2) tg(π-α-β)……(6)
在式(1)-(6)中,ω1=314,α为产生最大不对称度时的电源电势相角,按现行IEC标准,T=45ms,α=-4°。
ω2=L1+ L2CL1L2……(7)]]>
β=Sin-1P……(8)
试验时,电压回路的主电容的充电极性应保证I2的第一个半波的极性与I1的最后一个半波的极性相同。按此试验线路和按上述整定值控制点火球隙的动作时刻,试品开断时,其工频恢复电压的瞬时值和以后的波形将与直接试验的相同,从而使TRV波形与直接试验时的TRV波形相同或十分接近。上述原理还可推广到用并联电压引入合成回路作非对称开断试验。其试验线路与图1相同。G1的动作时刻按式(9)和(10)整定,使试品开断时,电压回路的电压已达到符合要求的相位。对于熄弧半波为小半波的非对称开断,
T10= (π-(β-α))/(ω1) ……(9)
对于熄弧半波为大半波的非对称开断,
T10= (β+α)/(ω1) ……(10)
G2的动作时刻整定在试品开断电流回路电流后0-20微秒的范围内,使具有规定相位的工频恢复电压加到试品上,这也就保证了TRV的波形与直接试验相同。此时,电压回路不产生电压回路电流I2,在相同的电流回路电流情况下,其电容器C的充电极性与并联电流引入回路的相同。熄弧半波为小半波和大半波时的非对称开断试验的电流电压波形分别如图4和图5所示。
本发明属于上述的第三种试验方法,与第一和第二种方法相比,它能全面地满足非对称开断的等价条件。第二种方法需要根据不同的非对称开断条件选择不同的回路参数,计算量很大。试验时需改动回路参数和多次测量预期TRV波形,试验程序比较复杂。本发明可免除上述缺点。
为保证本发明的实施,应增设一个与被试断路器试验电压相应的点火球隙G2,它的特性应能保证它在G1动作时不误动,而又能在规定的时刻准确动作。G1和G2的点火可用合成试验中常用的同步装置或/和程序控制器控制。