合成試驗非對稱短路開斷高壓點火位置的確定

姜楠 趙靖波 孫志新

(遼寧高壓電器產品質量檢測有限公司,遼寧沈陽 110000)

合成試驗非對稱短路開斷高壓點火位置的確定

姜楠 趙靖波 孫志新

(遼寧高壓電器產品質量檢測有限公司,遼寧沈陽 110000)

本文通過對單相合成試驗非對稱短路開斷試驗進行分析,結合標準要求闡述了編制程序快速確定高壓點火位置的方法,為試驗提供了重要參考依據,大大提高了試驗效率。

合成試驗 電流引入法

1 單相合成試驗非對稱短路開斷試驗的概述

合成試驗簡單的說就是電流從一個電源獲得，而恢復電壓從另一個電源獲得的試驗。單相合成試驗電流引入法的簡化試驗線路圖如圖1所示。試驗過程中由變壓器T提供的短路大電流通過合閘開關MS合閘后流經試品St，在電流過零前的短時間內，高壓點火球Gh啟動。使已充電的電容器組Cn，按照Ch與Lh所構成的回路向試品放電來提供試品開斷時的恢復電壓。

短路電流可用下式表示，即

高壓斷路器合成試驗標準中對試驗方式T100a(即非對稱的短路試驗方式)，非對稱的判據要求最后電流半波的幅值和最后電流半波的持續時間等滿足合成試驗標準。不同的試品最短分閘時間也對應著不同的要求。也正是由于熄弧半波峰值和半波持續時間的不確定性，也使高壓點火位置的控制變得復雜，開發出一種針對不同試驗要求而自動合理的施加合成電壓源即高壓點火位置的方法對于提高試驗效率節約試驗成本尤為重要。

圖1

圖2

2 高壓點火位置的確定

電流引入法是合成試驗最常用的試驗方法。電壓源提供幅值較小頻率較高的電流，電流的疊加發生在工頻短路電流零點稍前，這時，高頻振蕩電流ih疊加到同極性的工頻短路電流i上，構成被試斷路器中的合成電流ip。在輔助斷路器將工頻短路電流i開斷后，被試斷路器僅與電壓源相連，僅有ih流過。電壓源還在電流開斷后為被試斷路器提供恢復電壓。圖2為電流引入時刻波形圖，Th為引入電流的周期。Gh為高壓點火球隙，點火球隙點火即使高頻電流引入，ih與i疊加成ip。由圖2可以看出，th為輔助斷路器將短路電流i切斷后，僅有引入電流所提供的燃弧時間，稱為單獨作用時間。合成試驗標準要求單獨作用時間大于200us小于500us，如th大于500us則試驗無效，小于200us則試品開斷條件過于苛刻。所以關鍵在于控制高壓點火球隙點火的時刻。

圖3

試驗中，點火球隙的點火是由程序控制器發出的高壓點火脈沖觸發的。程序控制器點火的原理是利用傳感器把測得的短路電流波形轉變為峰值為2V的電壓波形，程序預先由人為置入一個小于2V的比較電平V。當離實際開斷點還有5ms時高壓點火信號開鎖，當檢測到的信號電壓與預先置入的比較電平一至時，程序控制器發出點火脈沖。經過一段時延id后，高頻電流真正引入到短路電流。時延id是由程序控制器內部計算和高壓點火球隙擊穿時間等造成的，因為同一試驗方式中點火球隙的距離是相同的，所以時延也是固定不變的，而且此時延可在正式短路試驗開始前通過打短接測得。標準給出的是對th要求，而對于控制人員來說關鍵置入一個合適的比較電平。由圖2不難理解，這個比較電平V等于短路電流i零點前時刻的電流值通過傳感器轉變后所對應電壓值。當Th固定時，對于短路電流是對稱的即無直流分量的短路開斷試驗，這一時刻對應的電壓V是不變的。但是對于非對稱的短路電流開斷試驗這個電壓值隨著合閘偏移量導致直流分量的變化而變化。而且這個值通過人為計算非常繁瑣，以往的試驗中輸入的這個比較電平是一個積累的經驗值，但是一旦線路改變即Th改變，或是需要改變和以往不同的合閘偏移量時得出的單獨作用th就不一定都能滿足標準要求，容易造成無效試驗。而采用計算機編程自動計算能很好的解決這個問題。首先建立短路電流的數學即公式1。合閘偏移量、短路時間、引入高頻電流的頻率以及線路的時間常數都可轉換成式中的常量及變量。根據標準對所需檢測斷路器的要求，用所編寫的程序反算出滿足條件的短路合閘相位及短路半波數。由此，我們就在試驗前預知了實際滿足短路條件的波形及其數學模型。再在計算軟件中令這個短路電流峰值為2V。在熄弧時刻減去我們之前推算出的時間，就得出了程序控制器應該發出高壓點火脈沖的時刻。在數學模型中這一時刻的電壓值就是我們想要得到的比較電平V。高壓點火位置由此確定完畢。

3 試驗論證及結論

本方法和由本方法編制的計算軟件已用電路仿真軟件ORcad進行仿真驗證。在同電流同相位的試驗參數下ORcad仿真得出的結果與本軟件得出的數據相差不足1%。這點誤差對試驗影響非常小，所以此軟件對試驗有指導意義。圖3是由此軟件成功指導的額定電壓40.5kV額定短路開斷電流31.5kA斷路器在T100a試驗方式下大半波試驗的短路電流開斷位置的示波圖。很好的滿足了標準對合成試驗高壓源單獨作用時間的要求。同時，利用同樣的方法還可以對單相短路試驗延弧點火位置進行準確的判定，由于判斷的依據和高壓點火位置的確定很相似，都是先確定數學模型再根據理論零點反推點火脈沖發出時刻，所以在此不再詳加闡述。這款軟件的編寫成功為為本單位合成檢驗室的單相合成試驗，特別是非對稱短路開斷試驗的進行提供的很大的方便。不僅可以快速的指導控制人員正確的選擇合閘相位、短路半波、高壓點火位置、燃弧時間等，還能直觀的顯示試驗預期波形，提高了試驗成功效率節約了試驗成本。

[1]標準:高壓交流斷路器 GB1984-2003.

[2]標準:高壓交流斷路器合成試驗 GB/T 4473-2008.