三相合成試驗回路的設計及其仿真研究

王春雷，吳盛剛，張高潮，高楊，王鵬飛

(1.平高集團有限公司,河南 平頂山 467000; 2.河南省高壓電器研究所，河南 平頂山 467001)

三相合成試驗回路的設計及其仿真研究

王春雷1，吳盛剛2，張高潮2，高楊2，王鵬飛2

(1.平高集團有限公司,河南 平頂山 467000; 2.河南省高壓電器研究所，河南 平頂山 467001)

適用于三相共箱式斷路器的三相合成試驗回路，在合成試驗標準GB/T4473的附錄J中，推薦了多種形式的試驗回路，其中有三種三相合成聯合回路和所有相引入的三相合成回路以及兩相引入的三相合成回路，后者適用于首開極系數Kpp=1.3的工況。當Kpp=1.5時，采用所有相引入的三相合成回路，具有較好的等價性，且回路結構相對簡化，只需用兩個電壓回路，故實施起來也容易一些。本設計的目標是滿足Kpp=1.5工況下的126kV共箱式斷路器的試驗要求，文中對所采用的試驗回路的首開極和后開極的電壓回路參數以及調頻回路參數進行了計算，同時對瞬態恢復電壓TRV波形進行了仿真和分析研究，結果符合預期。

共箱式斷路器；三相合成試驗；試驗回路設計；回路參數計算；仿真研究

1 引言

眾所周知，對于三相共機構的分相式斷路器以及能夠分相操作的高壓和超高壓斷路器，只需進行單相合成試驗就符合斷路器國標GB1984及合成試驗標準GB/T4473的要求。然而，對于三相共箱式斷路器的試驗方式T100s和T100a，則必須進行三相合成試驗才足以考核其開斷性能，標準中不允許用單相合成試驗來代替，但對于試驗方式T10；T30；T60以及OP1-2(失步開斷)和SLF(近區故障)，在任何情況下都可以做單相合成試驗。

2 主要技術指標及試驗回路原理圖

為滿足126kV，31.5kA及40kA三相共箱式斷路器做三相合成試驗的需要，依據GB1984-2003及GB/T4473-2008標準有關規定，對該型斷路器的試驗方式T100s和T100a。必須進行三相合成試驗才足以考核其開斷性能。我們采用試驗條件偏嚴(Kpp=1.5)的三相引入的三相合成回路，其原理電路如圖1所示。

從圖1可見，它包括：一個三相電流源；一臺三極輔助斷路器；一個連接在首開相與地之間的并聯電流引入回路；一個連接在其他兩相之間的并聯電流引入回路，這個回路與通常的并聯電流引入回路的不同點僅在于返回導線與地之間必須適當地絕緣。利用均壓電容使恢復電壓在兩個后開極間均勻分布。

圖中:電流源：Gn：發電機;MB：保護開關;MS：合閘開關;PT：變壓器;L：電流回路的電抗;St：被試斷路器;Sa1a2：輔助開關;

電壓源：Ch0：主電容器;Lh1：電壓回路電感;Lh2,Lh3：工頻電感;Zh：TRV調節電路;Cj：均壓電容。

圖1 三相引入的三相合成回路，Kpp=1.5

3 126kV、31.5kA及40kA三相合成試驗首開極電壓回路參數的計算

3.1 適用于Kpp=1.5的首開極試驗參數的確定

依據GB1984—2003表1b的有關要求，對于

126kV電壓等級，TRV為四參數。(見圖2)

圖2 電壓回路原理圖

Kpp=1.5；Kaf=1.4；u1=116kV；t1=58μs；uc=216kV；t2=231μs；td=2μs；u′=58kV；t′=31μs；RRRV(u1/t1)=2.0kV/μs。

圖中，CS、LS為主電容及電感。C1、R1、C2、R2及L2為四參數TRV調節回路元件，Cd為時延電容。

3.2 T100s的TRV調節回路計算參數(見表1)3.3 TRV調節回路實接參數及仿真波形

由于試驗設備接線參數不便細調以及試驗線路寄生參數的影響，因此對計算參數進行了適當調整。

對于序號(1)：R1=64Ω;C1=0.835μF;R2=49.2Ω;C2=0.504μF;L2=1.75mH。

則有：t1=56μs;t2=208μs;Kaf=1.40(仿真波形，見圖3)

表1 首開極TRV計算參數

圖3 40kA，首開極TRV為四參數的仿真波形

對于序號(2)：R1=80Ω;C1=0.636μF;R2=40Ω;C2=0.33μF;L2=2.25mH。

則有：t1=60μs;t2=216μs;Kaf=1.43(仿真波形，見圖4)

圖4 31.5kA，首開極TRV為四參數的仿真波形

3.4 首開極電壓回路有關參數的計算及回路結構方式

(4)T100s的CS選取為12μF(8并12串)則FS=476Hz(40kA檔)對于31.5kA檔FS=426Hz。

4 126kV、31.5kA及40kA三相合成試驗后開極電壓回路的參數計算

4.1 適用于Kpp=1.5的后開極試驗參數的確定

依據GB/T4473-2008表2a中的有關規定，將標么值(p.u)代入首開極具體的參數要求值，經換算后則得出：

(1)每一后開極的TRV峰值uC2及uC3：

uC2=uC3=0.58uC1=0.58×216kV=125.3kV

(2)每一后開極的TRV上升率：RRRV=0.7×2kV/μs=1.4kV/μs

(4)開斷電流Ib：兩后開極相同，Ib=0.87Ibn=34.8kA(40kA檔)=27.4kA(31.5kA檔)

4.2 三相合成試驗后開極試驗回路的參數計算(Kpp=1.5，TRV采用兩參數)

(1)試驗電壓(適用于T100s，兩個后開極串聯同時加壓的工況)

(5)主電容Cs，選取為6μs(4并12串)，采用現有的5及6組共兩組電容器，每組接線方式為2并12串，兩組并聯。則有：fs=590Hz;is=2.95kA(40kA檔)

fs=527Hz;is=2.35kA(31.5kA檔)

(6)調頻電容C1及阻尼電阻R1的計算

若按在后開兩極對地分別接入參數相同的兩個支路的調頻回路(見圖5)，則每一極上的電壓減半，C1加倍，R1數值減半，但需要兩組調頻回路。

圖中：電流源同圖1

電壓源：Ch0：主電容器；Ch1,2：TRV調節電容器；Rh1,2：阻尼電阻；Lh1,2：TRV調節電感；Lh3：工頻電感。

圖5 三相引入的三相合成回路，Kpp=1.5

4.3 三相合成試驗后開極試驗回路的參數計算(Kpp=1.5，TRV采用四參數)

(1)額定電壓UN=146kV，以此電壓值為計算基準。

(2)試驗電壓(適用于T100s，。兩個后開極串聯同時加壓的工況)

（3）云計算技術的使用可以有效的提升各個采油廠的信息化水平，采油廠的信息化減少的投入和油田公司相差甚遠，對此，就可以使用SaaS模式進行處理，構建采油廠的信息化平臺，讓油田公司的數據中心扮演采油廠的云服務商一角色，以各個采油廠的實際業務需求為基準，實行基礎設施的托管服務以及SaaS系統服務。只有這樣才可以更為高效且快速的去打造各類采油廠信息化的平臺，從根源上滿足采油廠的實際應用需求。

(3)主電容CS選取為6μF(4并12串)

(6)t2=4t1=192μs

(7)fs=574Hz(40kA檔)；fs=516.6Hz(31.5kA檔)

(10)調頻回路參數計算結果如表2所示。

表2 后開極TRV計算參數

5 供仿真的電壓回路參數及TRV仿真波形(共4組)

原理電路圖如圖6、圖7所示。

圖6 TRV采用兩參數

圖7 TRV采用四參數

5.1 TRV為兩參數的仿真波形(見圖8、圖9)

No1組：40kA；CS=6μF；LS=12.1mH；Cd=15.4nf；ucs=208.5kV。R1=165Ω；C1=0.25μF

測量讀數：t3=93μs；K0=1.43；uc=258kV；uc/t3=2.8kV/μs

No2組：31.5kA；CS=6μF；LS=15.2mH；Cd=12nf；ucs=206.2kV。R1=210Ω；C1=0.2μF

測量讀數：t3=92μs；K0=1.43；uc=256kV；uc/t3=2.8kV/μs

5.2 TRV為四參數的仿真波形(見圖10、圖11)

No3組：40kA；CS=6μF；LS=12.8mH；Cd=15.4nf；ucs=220kV。

R1=22.7Ω；C1=0.66μF；R2=106Ω；C2=0.476μF；L2=6.15mH

測量讀數：u1=142kV；uc=254kV；t1=50μs；t2=180μs;u1/t1=2.84kV/μs；k0=1.43

No4組：31.5kA；CS=6μF；LS=15.8mH；Cd=12nf；ucs=214.6kV。R1=29Ω；C1=0.5μF；R2=134.6Ω；C2=0.37μF；L2=7.81mH

測量讀數：u1=145kV；uc=254kV；t1=52μs；t2=183μs;u1/t1=2.79kV/μs；k0=1.43

6 其他有關問題說明

(1)為了防止被試斷路器提前開斷，并考核它的盡可能長的燃弧時間，需要有與各極相連的三套延弧回路，其回路參數及結構相同，兩個極性充電。由此可知，加上兩個電壓回路及三個延弧回路，共需要5個同步控制信號。

(2)對于126kV級的斷路器，本設計未考慮Kpp=1.3(中性點直接接地系統)的三相合成試驗回路。

(3)為了獲得三相合成試驗的正確燃弧區間條件，其T100s及T100a的試驗操作程序有所不同，可按短路試驗聯盟STL導則推薦的試驗程序來進行三相合成試驗。

7 結語

(1)三相共箱式高壓斷路器，必須使用三相合成

Design and Simulation Study on Three-phase Synthetic Test Circuit

WANGChun-lei1,WUSheng-gang2,ZHANGGao-chao2,GAOYang2,WANGPeng-fei2

(1.Pinggao Group Co,.Ltd,.Pingdingshan 467001,China;2.He′nan High Voltage Apparatus Research Institute,Pingdingshan 467001,China)

It is common for three-phase Synthetic Test Circuit of three-phase encapsulation circuit breaker.Various forms of test circuit are recommended,in the appendix J of the synthetic test standard about GB/T4473.There are three-phase co-synthesis loop,all with the introduction of three-phase synthesis loop and the two-phase introduction of three-phase synthesis loop.The latter applies to the working conditions for the first-pole-to-clear factorKpp=1.3.When the first-pole-to-clear factorKpp=1.5,all with the introduction of three-phase synthesis loop is adopted.It has not only good equivalence,but also have the simple test loop.This design objective is to satisfy the test requirement of the 126kV encapsulation circuit breaker for the working conditionKpp=1.5.The voltage circuit parameters and frequency parameters are calculated for the first-pole-to-clear and last-pole-to-clear in the test loop.At the same time,the TRV waveform is simulated and the result accord with prosecution.

encapsulation circuit breaker;three-phase synthetic test;test circuit design;circuit parameter calculation;simulation study

1004-289X(2016)05-0052-05

TM834

B