高壓開關全電壓關合試驗系統及其應用研究

摘要：在電力工業具有如此重要地位的前提下，電力系統的故障將對社會生產與生活造成不可估量的損失，必須做好電力工業的安全防范工作，以保障電力工業的安全穩定運行。文章主要對電力工業安全工作具有重要意義的高壓開關全電壓關合裝置的實驗系統及其應用進行研究。

關鍵詞：高壓開關；全電壓關合實驗；應用研究

中圖分類號：TF803 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）16-0047-02

電力工業是科學技術發展的結果，也是現代科學技術得以繼續發展、現代工業和人們生活得以正常進行的重要基礎性工業。電力系統的高效、安全、穩定運行對社會經濟發展具有重要意義，是我國國民經濟得以持續發展的重要保障。因此，人們一直在為保障電力系統的安全運行而做著不懈的努力。開關裝置在電力系統的輸變電設備中起著保障運行安全和穩定的作用，能夠不斷地為社會的生產和生活提供優質的電能源。而本文將主要對開關裝置中的高壓開關的全電壓關合試驗系統及其應用做詳細的分析與研究。

1 高壓斷路器全電壓合成關合試驗

高壓開關的全電壓關合試驗是指電壓開關試品在限定好的電壓線上完成關合操作，與低電壓下對電壓開關試品進行關合試驗是相對而言的。高壓開關全電壓關合試驗是一項十分危險、難度較高的項目，因此掌握這項技術的國家很少，能夠成功進行這項實驗的國家更是寥寥無幾。全電壓關合試驗的最大難度在于主電源開關與其控制系統很難被把握，而我國雖然也對高壓斷路器裝置的全電壓關合試驗做了許多重要的前期工作，可是高壓開關的全電壓關合實驗仍然沒有能夠實際應用到電力工業中。而本節筆者將試圖通過利用真空觸發開關當作電流源主控開關的合成關合試驗回路的方式，增加高壓開關全電壓關合試驗的成功幾率。

1.1 全電壓關合試驗回路設置

并聯與串聯這兩種形式是合成開關試驗回路的主要結構，而本節所要研究的全電壓合成開關試驗回路的結構則如圖1所示，電壓開關試品的電壓源與電源流之間主要采用并聯結構實現連接。

在進行全電壓合成關合試驗之前，要將QFa處于合閘的位置上，QFt處于分閘的位置上，而SW則要保持斷開的狀態。在全電壓合成關合試驗進行過程中，當QFt的觸頭產生反應并開始相互靠近時，會因為電源的作用產生預燃弧擊穿的反應，當羅氏線圈檢測到這一反應后會立即向電源開關發送這一指令，實現高壓電源開關的自動關合。

a.電壓源采用振蕩回路形式

b.電壓源采用小容量變壓器型式

1.2 電流源的主控開關

本節以瞬態抑制二極管與快速真空斷路器所構成的電流源主控開關為研究對象（如圖2），通過對這兩種具有同樣耐壓等級的基本單元并聯來進行電壓開關的全電壓關合的相關實驗。

通過對采用并聯形式構成的具有相同耐壓等級的進本單元進行高壓開關電壓關合試驗發現：瞬態抑制二極管在試驗中的導通時延為25us，而快速真空斷路器在實驗中的穩定合閘時間則為8ms。因此，在瞬態抑制二極管的支路電流經過零熄弧以前合閘，能夠有效減少瞬態抑制二極管的燒毀與損壞現象的發生。

2 短路電壓關合電流引入的綜合評判依據

當人們通過全電壓合成關合的試驗方式對高壓開關的斷路器性能進行實驗考核時，應該對重現試驗各種負荷條件予以適當的重視，從而很好地保證全電壓合成試驗與直接試驗等價性的滿足。

本節將主要對高壓開關全電壓關合試驗的系統控制策略與其實現方法進行分析與研究，希望能夠進一步實現對高壓開關全電壓關合試驗過程中的信號采集、同步控制與數據處理等問題的解決。筆者主要在本節的研究中利用以下兩種措施來當作是否短路關合電流得綜合判據。

綜合判據一：電壓開關的外施電壓與試品短路全電壓關合電流兩者之間的相位差應保持在63度到117度之間，也就是說這兩者之間的時間變化量的絕對值應保持在小于或等于1.5ms。

綜合判據二：在對試品開關進行全電壓關合試驗中是否出現預燃弧擊穿電流的現象。

當這兩種情況不能在試驗中同時出現，則將短路關合電流引入到試品中，說明實驗無效。

3 高壓開關全電壓關合試驗系統的應用——現場試驗

在對高壓開關的全電壓關合試驗的設置及主要方法進行了分析與介紹后，本文將主要根據收集的以往數據與對高壓開關全電壓關合試驗過程的跟蹤觀察為基礎，以驗證高壓開關的全電壓關合試驗和驗證試品電源流主控開關的安全性、穩定性與控制精度為目標，在高壓實驗室里對高壓開關全電壓關合試驗基本功能與可靠性進行實驗驗證。

在外施電壓峰值觸發時對瞬態抑制二極管的回路設置進行試驗：

為了驗證高壓開關全電壓關合試品的瞬態二極管在進行試驗時回路設置的精度與穩定性，筆者在外施電壓峰值觸發時進行了對TVS的試驗回路設置（如圖3），并得出了試驗結果的示波圖（如圖4）。其中圖4的（a）代表的是TVS觸發時延測量結果，（b）代表的是TVS在外施電壓波形峰值觸發導通。

通過對圖3和圖4進行分析與研究，我們發現瞬態抑制二極管的導通時延為25us，并且在外施電壓波形峰值觸發導通時，瞬態抑制二極管依然能保持較高的控制精度。

4 結語

為了能夠使我國的電力系統更為安全可靠地運行，為我國國民經濟的發展發揮其巨大的推動作用，我們就必須做好高壓下全電壓開關關合工作。本文主要對高壓開關的全電壓關合試驗與應用進行了探索與分析，以期能夠提高我國高壓斷路器發展的需要。

參考文獻

[1] 范興明，廖敏夫，等.高壓斷路器全電壓條件下合成關合及試驗回路的研究[J].電網技術，2006，（10）.

[2] 范興明，鄒積巖，陳躍，等.高壓斷路器合成關合試驗要求及其關合性能的研究[J].電網技術學報（自然科學版），2006，13（2）：123-126.

[3] 何俊佳，鄒積巖，張漢明，等.真空滅弧室沖擊電壓作用下的擊穿統計特性[J].中國電機工程學報（自然科學版），2011，16（5），：312-316.

[4] 莊稼人，黨曉鷹.在最大預燃弧條件下進行合成關合試驗的合成關合回路[J].高壓電器，2013，15（7）：14-20.

[5] 廖敏夫.基于光控模塊式真空開關單元的多斷口真空開關理論與實驗研究[D].大連理工大學，2011.

作者簡介：唐農任（1964—），滿族，遼寧沈陽人，沈陽鉛材廠技術科科長，電氣工程師，研究方向：高壓電器的應用和推廣、真空開關技術和工藝。

摘要：在電力工業具有如此重要地位的前提下，電力系統的故障將對社會生產與生活造成不可估量的損失，必須做好電力工業的安全防范工作，以保障電力工業的安全穩定運行。文章主要對電力工業安全工作具有重要意義的高壓開關全電壓關合裝置的實驗系統及其應用進行研究。

關鍵詞：高壓開關；全電壓關合實驗；應用研究

中圖分類號：TF803 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）16-0047-02

電力工業是科學技術發展的結果，也是現代科學技術得以繼續發展、現代工業和人們生活得以正常進行的重要基礎性工業。電力系統的高效、安全、穩定運行對社會經濟發展具有重要意義，是我國國民經濟得以持續發展的重要保障。因此，人們一直在為保障電力系統的安全運行而做著不懈的努力。開關裝置在電力系統的輸變電設備中起著保障運行安全和穩定的作用，能夠不斷地為社會的生產和生活提供優質的電能源。而本文將主要對開關裝置中的高壓開關的全電壓關合試驗系統及其應用做詳細的分析與研究。

1 高壓斷路器全電壓合成關合試驗

高壓開關的全電壓關合試驗是指電壓開關試品在限定好的電壓線上完成關合操作，與低電壓下對電壓開關試品進行關合試驗是相對而言的。高壓開關全電壓關合試驗是一項十分危險、難度較高的項目，因此掌握這項技術的國家很少，能夠成功進行這項實驗的國家更是寥寥無幾。全電壓關合試驗的最大難度在于主電源開關與其控制系統很難被把握，而我國雖然也對高壓斷路器裝置的全電壓關合試驗做了許多重要的前期工作，可是高壓開關的全電壓關合實驗仍然沒有能夠實際應用到電力工業中。而本節筆者將試圖通過利用真空觸發開關當作電流源主控開關的合成關合試驗回路的方式，增加高壓開關全電壓關合試驗的成功幾率。

1.1 全電壓關合試驗回路設置

并聯與串聯這兩種形式是合成開關試驗回路的主要結構，而本節所要研究的全電壓合成開關試驗回路的結構則如圖1所示，電壓開關試品的電壓源與電源流之間主要采用并聯結構實現連接。

在進行全電壓合成關合試驗之前，要將QFa處于合閘的位置上，QFt處于分閘的位置上，而SW則要保持斷開的狀態。在全電壓合成關合試驗進行過程中，當QFt的觸頭產生反應并開始相互靠近時，會因為電源的作用產生預燃弧擊穿的反應，當羅氏線圈檢測到這一反應后會立即向電源開關發送這一指令，實現高壓電源開關的自動關合。

a.電壓源采用振蕩回路形式

b.電壓源采用小容量變壓器型式

1.2 電流源的主控開關

本節以瞬態抑制二極管與快速真空斷路器所構成的電流源主控開關為研究對象（如圖2），通過對這兩種具有同樣耐壓等級的基本單元并聯來進行電壓開關的全電壓關合的相關實驗。

通過對采用并聯形式構成的具有相同耐壓等級的進本單元進行高壓開關電壓關合試驗發現：瞬態抑制二極管在試驗中的導通時延為25us，而快速真空斷路器在實驗中的穩定合閘時間則為8ms。因此，在瞬態抑制二極管的支路電流經過零熄弧以前合閘，能夠有效減少瞬態抑制二極管的燒毀與損壞現象的發生。

2 短路電壓關合電流引入的綜合評判依據

當人們通過全電壓合成關合的試驗方式對高壓開關的斷路器性能進行實驗考核時，應該對重現試驗各種負荷條件予以適當的重視，從而很好地保證全電壓合成試驗與直接試驗等價性的滿足。

本節將主要對高壓開關全電壓關合試驗的系統控制策略與其實現方法進行分析與研究，希望能夠進一步實現對高壓開關全電壓關合試驗過程中的信號采集、同步控制與數據處理等問題的解決。筆者主要在本節的研究中利用以下兩種措施來當作是否短路關合電流得綜合判據。

綜合判據一：電壓開關的外施電壓與試品短路全電壓關合電流兩者之間的相位差應保持在63度到117度之間，也就是說這兩者之間的時間變化量的絕對值應保持在小于或等于1.5ms。

綜合判據二：在對試品開關進行全電壓關合試驗中是否出現預燃弧擊穿電流的現象。

當這兩種情況不能在試驗中同時出現，則將短路關合電流引入到試品中，說明實驗無效。

3 高壓開關全電壓關合試驗系統的應用——現場試驗

在對高壓開關的全電壓關合試驗的設置及主要方法進行了分析與介紹后，本文將主要根據收集的以往數據與對高壓開關全電壓關合試驗過程的跟蹤觀察為基礎，以驗證高壓開關的全電壓關合試驗和驗證試品電源流主控開關的安全性、穩定性與控制精度為目標，在高壓實驗室里對高壓開關全電壓關合試驗基本功能與可靠性進行實驗驗證。

在外施電壓峰值觸發時對瞬態抑制二極管的回路設置進行試驗：

為了驗證高壓開關全電壓關合試品的瞬態二極管在進行試驗時回路設置的精度與穩定性，筆者在外施電壓峰值觸發時進行了對TVS的試驗回路設置（如圖3），并得出了試驗結果的示波圖（如圖4）。其中圖4的（a）代表的是TVS觸發時延測量結果，（b）代表的是TVS在外施電壓波形峰值觸發導通。

通過對圖3和圖4進行分析與研究，我們發現瞬態抑制二極管的導通時延為25us，并且在外施電壓波形峰值觸發導通時，瞬態抑制二極管依然能保持較高的控制精度。

4 結語

為了能夠使我國的電力系統更為安全可靠地運行，為我國國民經濟的發展發揮其巨大的推動作用，我們就必須做好高壓下全電壓開關關合工作。本文主要對高壓開關的全電壓關合試驗與應用進行了探索與分析，以期能夠提高我國高壓斷路器發展的需要。

參考文獻

[1] 范興明，廖敏夫，等.高壓斷路器全電壓條件下合成關合及試驗回路的研究[J].電網技術，2006，（10）.

[2] 范興明，鄒積巖，陳躍，等.高壓斷路器合成關合試驗要求及其關合性能的研究[J].電網技術學報（自然科學版），2006，13（2）：123-126.

[3] 何俊佳，鄒積巖，張漢明，等.真空滅弧室沖擊電壓作用下的擊穿統計特性[J].中國電機工程學報（自然科學版），2011，16（5），：312-316.

[4] 莊稼人，黨曉鷹.在最大預燃弧條件下進行合成關合試驗的合成關合回路[J].高壓電器，2013，15（7）：14-20.

[5] 廖敏夫.基于光控模塊式真空開關單元的多斷口真空開關理論與實驗研究[D].大連理工大學，2011.

作者簡介：唐農任（1964—），滿族，遼寧沈陽人，沈陽鉛材廠技術科科長，電氣工程師，研究方向：高壓電器的應用和推廣、真空開關技術和工藝。

摘要：在電力工業具有如此重要地位的前提下，電力系統的故障將對社會生產與生活造成不可估量的損失，必須做好電力工業的安全防范工作，以保障電力工業的安全穩定運行。文章主要對電力工業安全工作具有重要意義的高壓開關全電壓關合裝置的實驗系統及其應用進行研究。

關鍵詞：高壓開關；全電壓關合實驗；應用研究

中圖分類號：TF803 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）16-0047-02

電力工業是科學技術發展的結果，也是現代科學技術得以繼續發展、現代工業和人們生活得以正常進行的重要基礎性工業。電力系統的高效、安全、穩定運行對社會經濟發展具有重要意義，是我國國民經濟得以持續發展的重要保障。因此，人們一直在為保障電力系統的安全運行而做著不懈的努力。開關裝置在電力系統的輸變電設備中起著保障運行安全和穩定的作用，能夠不斷地為社會的生產和生活提供優質的電能源。而本文將主要對開關裝置中的高壓開關的全電壓關合試驗系統及其應用做詳細的分析與研究。

1 高壓斷路器全電壓合成關合試驗

高壓開關的全電壓關合試驗是指電壓開關試品在限定好的電壓線上完成關合操作，與低電壓下對電壓開關試品進行關合試驗是相對而言的。高壓開關全電壓關合試驗是一項十分危險、難度較高的項目，因此掌握這項技術的國家很少，能夠成功進行這項實驗的國家更是寥寥無幾。全電壓關合試驗的最大難度在于主電源開關與其控制系統很難被把握，而我國雖然也對高壓斷路器裝置的全電壓關合試驗做了許多重要的前期工作，可是高壓開關的全電壓關合實驗仍然沒有能夠實際應用到電力工業中。而本節筆者將試圖通過利用真空觸發開關當作電流源主控開關的合成關合試驗回路的方式，增加高壓開關全電壓關合試驗的成功幾率。

1.1 全電壓關合試驗回路設置

并聯與串聯這兩種形式是合成開關試驗回路的主要結構，而本節所要研究的全電壓合成開關試驗回路的結構則如圖1所示，電壓開關試品的電壓源與電源流之間主要采用并聯結構實現連接。

在進行全電壓合成關合試驗之前，要將QFa處于合閘的位置上，QFt處于分閘的位置上，而SW則要保持斷開的狀態。在全電壓合成關合試驗進行過程中，當QFt的觸頭產生反應并開始相互靠近時，會因為電源的作用產生預燃弧擊穿的反應，當羅氏線圈檢測到這一反應后會立即向電源開關發送這一指令，實現高壓電源開關的自動關合。

a.電壓源采用振蕩回路形式

b.電壓源采用小容量變壓器型式

1.2 電流源的主控開關

本節以瞬態抑制二極管與快速真空斷路器所構成的電流源主控開關為研究對象（如圖2），通過對這兩種具有同樣耐壓等級的基本單元并聯來進行電壓開關的全電壓關合的相關實驗。

通過對采用并聯形式構成的具有相同耐壓等級的進本單元進行高壓開關電壓關合試驗發現：瞬態抑制二極管在試驗中的導通時延為25us，而快速真空斷路器在實驗中的穩定合閘時間則為8ms。因此，在瞬態抑制二極管的支路電流經過零熄弧以前合閘，能夠有效減少瞬態抑制二極管的燒毀與損壞現象的發生。

2 短路電壓關合電流引入的綜合評判依據

當人們通過全電壓合成關合的試驗方式對高壓開關的斷路器性能進行實驗考核時，應該對重現試驗各種負荷條件予以適當的重視，從而很好地保證全電壓合成試驗與直接試驗等價性的滿足。

本節將主要對高壓開關全電壓關合試驗的系統控制策略與其實現方法進行分析與研究，希望能夠進一步實現對高壓開關全電壓關合試驗過程中的信號采集、同步控制與數據處理等問題的解決。筆者主要在本節的研究中利用以下兩種措施來當作是否短路關合電流得綜合判據。

綜合判據一：電壓開關的外施電壓與試品短路全電壓關合電流兩者之間的相位差應保持在63度到117度之間，也就是說這兩者之間的時間變化量的絕對值應保持在小于或等于1.5ms。

綜合判據二：在對試品開關進行全電壓關合試驗中是否出現預燃弧擊穿電流的現象。

當這兩種情況不能在試驗中同時出現，則將短路關合電流引入到試品中，說明實驗無效。

3 高壓開關全電壓關合試驗系統的應用——現場試驗

在對高壓開關的全電壓關合試驗的設置及主要方法進行了分析與介紹后，本文將主要根據收集的以往數據與對高壓開關全電壓關合試驗過程的跟蹤觀察為基礎，以驗證高壓開關的全電壓關合試驗和驗證試品電源流主控開關的安全性、穩定性與控制精度為目標，在高壓實驗室里對高壓開關全電壓關合試驗基本功能與可靠性進行實驗驗證。

在外施電壓峰值觸發時對瞬態抑制二極管的回路設置進行試驗：

為了驗證高壓開關全電壓關合試品的瞬態二極管在進行試驗時回路設置的精度與穩定性，筆者在外施電壓峰值觸發時進行了對TVS的試驗回路設置（如圖3），并得出了試驗結果的示波圖（如圖4）。其中圖4的（a）代表的是TVS觸發時延測量結果，（b）代表的是TVS在外施電壓波形峰值觸發導通。

通過對圖3和圖4進行分析與研究，我們發現瞬態抑制二極管的導通時延為25us，并且在外施電壓波形峰值觸發導通時，瞬態抑制二極管依然能保持較高的控制精度。

4 結語

為了能夠使我國的電力系統更為安全可靠地運行，為我國國民經濟的發展發揮其巨大的推動作用，我們就必須做好高壓下全電壓開關關合工作。本文主要對高壓開關的全電壓關合試驗與應用進行了探索與分析，以期能夠提高我國高壓斷路器發展的需要。

參考文獻

[1] 范興明，廖敏夫，等.高壓斷路器全電壓條件下合成關合及試驗回路的研究[J].電網技術，2006，（10）.

[2] 范興明，鄒積巖，陳躍，等.高壓斷路器合成關合試驗要求及其關合性能的研究[J].電網技術學報（自然科學版），2006，13（2）：123-126.

[3] 何俊佳，鄒積巖，張漢明，等.真空滅弧室沖擊電壓作用下的擊穿統計特性[J].中國電機工程學報（自然科學版），2011，16（5），：312-316.

[4] 莊稼人，黨曉鷹.在最大預燃弧條件下進行合成關合試驗的合成關合回路[J].高壓電器，2013，15（7）：14-20.

[5] 廖敏夫.基于光控模塊式真空開關單元的多斷口真空開關理論與實驗研究[D].大連理工大學，2011.

作者簡介：唐農任（1964—），滿族，遼寧沈陽人，沈陽鉛材廠技術科科長，電氣工程師，研究方向：高壓電器的應用和推廣、真空開關技術和工藝。