高壓交流斷路器大容量短路開斷與關合試驗技術

張 炯，李桂芹

（河南森源電氣股份有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引 言

電力系統中，高壓交流斷路器主要起到切除系統出現的短路故障的作用，以保障電力系統。當電網受到某種干擾后，整個系統的狀態會在某些時候出現不穩定情況，隨著時間變化，其系統變量會出現不穩定變化，時而震動、時而大幅度增加。高壓交流斷路器的主要作用就是利用某種動作對整個電網穩定性進行保護。

1 大容量試驗的意義與實現

1.1 對高壓交流斷路器開關與關合進行試驗的主要意義

高壓交流斷路器需在短路問題出現后及時切斷整個系統，以保證系統運行安全穩定。高壓交流斷路器各種關合與開斷試驗主要是為了對斷路器的各種性能進行考核，需要檢驗滅弧室、其他部分結構設計、材料選擇及制造工藝等是否合理，并對其結構、相關性能與參數進行多次地完善與再次修正[1]。

1.2 高壓交流斷路器短路開斷和關合試驗主要方法

國家目前已經對高壓交流斷路器明確規定其試驗方法，主要有如下4個步驟，（1）基本斷路試驗；（2）異相與單相接地故障相關試驗；（3）近區的故障進行試驗；（4）失步開斷和關合試驗。試驗檢測過程中，為保證實驗合理性與科學性，在考慮某些原則性問題時需要在電力系統背景下實施，并且利用大容量試驗站對其進行多次檢驗[2]。

2 大容量試驗站發展現狀

2.1 大容量試驗站要求與任務

大容量試驗站的主要任務就是尋找等價試驗方法，以滿足實際工況提出的要求與參數。同時，還需要不斷開發與研究一些小容量試驗設備，以不斷完善大容量試驗內容。大容量試驗站在選擇短路開斷和關合試驗時，選擇的充分條件是實際參考電力系統中，保證斷路器開斷和關合短路過程中需要承受的電能負荷、電壓及電流具有等效意義。這個工作主要是從斷路器開斷行為特征、滅弧機理研究及電網短路故障開斷和關合需求等方面出發，利用大容量試驗站設備積累大量數據，隨后經過專門方法對其進行對比試驗，并對試驗結果進行分析與研究。這需要在正式投入使用前確定試驗回路前期與試驗方法，對其進行深入與廣泛的理論研究，使試驗方法等價性得到論證。

2.2 大容量試驗站功率源類型

關于大容量試驗站功率源的主要工作就是對短路情況進行多次試驗。這是因為功率不同，就會導致試驗存在不同類型。高壓交流斷路器在特高壓輸電相關工程中占據重要地位。

2.3 大容量試驗站關鍵設備

大容量試驗中的一些關鍵設備包括控制與保護裝置、關合裝置、人工鏈路、功率因數電阻、調節電抗器、TRV調頻裝置、短路變壓器、合閘開關、保護開關、振蕩回路及短路發電機。短路發電機系統主要是由保護與監測系統、冷卻系統、勵磁系統、拖動電動機、潤滑系統及發電機組成。短路發電機有3個暫態運行階段，分別是穩態階段、瞬變階段及超瞬變階段。通常，短路開關試驗主要處于瞬變階段。振蕩回路大廳主要是由點火裝置、充電系統、延弧、電阻堆、高頻電抗堆、電頻電容塔及主電容塔組成；其他重要設備包括近區故障試驗人工鏈路、短路變壓器及關合裝置。

3 大容量短路試驗原理和技術

3.1 實現方法

3.1.1 直接試驗與合成試驗

直接試驗指的是外施電壓、電流、瞬態及工頻恢復電壓都依靠一個單電源回路獲得的試驗，通常由短路發電機、網絡電源作為大功率試驗電源。合成試驗則是指全部電流或大部分電流從某一個電源中獲得，而恢復電壓與外施電壓全部從多個電源獲得的試驗。受試驗站設備容量、試驗技術難度及經濟性情況限制，應當在試驗中將關合與開斷進行分開，即拆分出短路關合試驗與短路開斷試驗。合成試驗可以選擇的電壓源回路包括電壓器回路或者振蕩回路。

3.1.2 合成試驗與直接試驗選擇依據

合成試驗與直接試驗存在明顯不同，且合成試驗更加復雜。在同樣電壓情況下進行的短路試驗，直接試驗需要的容量比合成試驗大。選擇合適的試驗方法過程中需要從多個方面考慮，包括試驗站功率容量、被試斷路器電壓等級、實際需求及項目容量等。一些實驗使用的試驗站功率源也很小，應該選擇合成試驗方法做試驗[4]。

3.2 短路開斷和關合直接試驗

直接試驗中關于短路試驗的容量主要源自電流回路。能夠有效分析其中有關高壓交流斷路器在開斷與關合試驗中必須承載的電磁能量負荷、電流負荷、電壓負荷，直接試驗和參考系統條件具有等量性。高壓交流斷路器短路開斷和關合試驗，能夠在直接試驗中會對其進行同時驗證與考核[3]。

3.3 短路開斷合成試驗

根據電路原理可以將其分為串聯電流引入回路、并聯電流引入回路、串聯電壓引入回路、并聯電壓引入回路及變壓器回路等。此外，還可以根據試驗情況分為三相回路、單相回路。兩種電流在引入回路試驗中，具有調整線路方便、波形好及容量小等優點，而主要缺點就是電壓高的問題。斷路器電流開斷過程中的三個階段都是合成試驗方法理論基礎，合成試驗方法能夠對被試的斷路器施加更充分的負荷[5]。

4 結 論

關于大容量的短路開斷與相關關合試驗的主要目的是給高壓交流斷路器后期的使用、研發等提供一定參考。利用相關參考內容，對相同條件的電流負荷與電壓進行多次試驗，成為當前判斷高壓交流器能力最好的方法。通過這種方法，可以給產品設計和研發提供大量試驗數據，也能為設計指明設計方向，保證生產出的產品能夠有效滿足實際工程需求。由于整個試驗電弧參數測量困難、試驗難度大、試驗技術高、電弧參數困難及電磁暫態過程十分復雜等問題，因此進行大容量關合與開斷試驗成為整個試驗的重要部分。