设备管理_高压开关设备容量试验课件

高压开关设备容量试验 概述 电力系统是由从发电 变电 输电 配电到负载控制通过保护设备按一定方式连成的复杂系统 高压开关设备作为电气主系统的一部分 是关键的控制和保护设备之一 主要指电压在3kV及以上的电力系统中运行的户内和户外交直流开关设备 主要用于电力系统 包括发电厂 变电站 输配电线路和工矿企业等用户 的控制和保护 即可根据电网运行需要将一部分电力设备及线路投入或退出运行 也可在电力设备或线路发生故障时将故障部分从电网快速切除 从而保证电网中无故障部分的正常运行及保证设备 运行维修人员的安全 高压开关设备主要包括高压断路器 高压隔离开关与接地开关 高压负荷开关 和高压开关柜等几大类 高压开关制造业是输变电设备制造业的重要组成部分 在整个电力工业中占有非常重要的地位 1 高压开关设备的分类高压开关设备按其功能和作用的不同 可以分为 1 元件及其组合 包括断路器 隔离开关 接地开关 负荷开关 熔断器等 由元件组合而成的负荷开关 熔断器组合电器等 2 成套设备 将上述元件及其组合与其它电器产品 如断路器 互感器 母线 电缆终端和二次元件等 进行合理配置 有机地组合在金属封闭外壳内 具有相对完整使用功能的产品 如金属封闭开关设备 开关柜 气体绝缘金属封闭开关设备 GIS 和高压 低压预装式变电站等 高压断路器的分类按灭弧介质可分为 油断路器 多油断路器 少油断路器 六氟化硫断路器 真空断路器 压缩空气断路器等 目前用的较多的是真空断路器和六氟化硫断路器 根据控制 保护对象不同 高压断路器又可以有以下分类 1 发电机断路器 控制 保护发电机用的断路器 额定电压40 5kV以下 额定电流大 不需快速自动重合闸 2 输电断路器 用于输电系统中的断路器 除要求具备快速自动重合闸功能外 还应具备开合近区故障 失步故障 架空线路和电缆线路充电电流的能力 3 配电断路器 用于配电系统中的断路器 除要求具备快速重合闸的功能 有时还要求具备开合电容器组 单个电容器或多个并联电容器组 和电缆线路充电电流的能力 隔离开关的分类隔离开关按照结构形式可以分为单柱式DS 双柱式DS和三柱式DS 隔离开关除了通用的类别外 还有特殊用途的隔离开关 如铁道电气化用隔离开关 变压器中性点隔离开关 发电机回路用隔离开关 无功补偿回路用隔离开关等等 接地开关的分类接地开关按照工作特性可分为普通接地开关和快速接地开关 负荷开关的分类负荷开关按灭弧装置的不同可以分为 油负荷开关 产气式负荷开关 压气式负荷开关 SF6负荷开关及真空负荷开关等 金属封闭开关设备的分类按主绝缘方式 空气绝缘型 气体绝缘型和固体绝缘型 2 高压开关设备的用途及电气要求2 1高压断路器高压断路器 或称高压开关 它不仅可以切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流 而且当系统发生故障时通过继电保护装置的作用 切断过负荷电流和短路电流 它具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力 电力系统的运行状态和负载性质是多种多样的 作为控制 保护元件的高压断路器要保证系统的安全运行 对其要求也是多方面的 电气性能方面电压 高压断路器在规定的正常使用和性能条件下 能够连续安全运行的最高电压称为断路器的额定电压 其额定电压分为 3 6 7 2 12 40 5 72 5 126 252 363 550 800 1100kV GB1984 断路器工作时还应耐受高于额定电压的各种过电压作用 不会导致绝缘的损坏 1min工频耐受电压 雷电冲击耐受电压和操作冲击耐受 电流 断路器长期通过工作电流 各部分的温度不得超过允许值 在合闸位置通过短路电流 不应因电动力受到损坏 额定电流 额定峰值耐受电流 额定短时耐受电流 开断 关合故障方面1 开断短路故障在电力系统发生短路故障时 短路电流比正常负荷电流大得多 可靠的开断短路故障是高压断路器主要的也是最困难的任务 额定短路开断电流是标志高压断路器开断短路故障能力的参数 断路器在规定的条件下能保证开断的最大短路电流 出线端短路 近区故障 异相接地 失步故障等 2 关合短路故障电力系统中的设备或线路在投运前就已经存在绝缘故障或处于短路状态 预伏故障 关合过程中 在触头接触前发生预击穿 出现短路电流 会对断路器的关合造成很大阻力 主要由于短路电流产生的电动力造成的 此时触头间形成电弧 断路器应具有足够的关合短路电流的能力 3 快速自动重合闸操作架空线路的短路故障 大多是临时性故障 为提高供电可靠性及增加系统稳定性 线路保护多采用快速自动重合闸的方式 4 开合各种空载 负载电路断路器在工作时 除开合一般负载外 有时需关合 开断空载架空线 电缆线路 空载变压器 并联电抗器等 开合这些电路的主要问题是可能产生过电压 2 2高压交流隔离开关隔离开关 简称DS 没有专门设置的灭弧装置 所以不能用来接通或切断负荷电流和短路电流 其在分闸位置时 触头间有负荷规定要求的绝缘距离和明显的断口标志 在合闸位置时 能承载正常回路条件下的电流及在规定时间内异常 如短路 下的电流的开关设备 隔离开关主要用途 隔离电源倒闸操作 2 3高压交流接地开关高压交流接地开关 简称ES 用于将主回路接地的一种机械开关装置 在异常条件 如短路 下 可在规定时间内承载规定的异常电流 但在正常回路条件下 不要求承载电流 接地开关的用途检修接地控制故障范围 2 4高压交流负荷开关负荷开关是指配电系统中能关合 承载 开断运行线路正常条件下的电流 并能通过规定的异常 如短路 电流 具有一定的关合短路电流能力的开关设备 是一种带有专用灭弧触头 灭弧装置和弹簧断路装置的分合开关 主要用于切断和接通正常情况下的电路 而不能用于切除短路故障 但是 要求其结构能通过短路时间的故障电流而不损坏 由于其触头和灭弧装置是按照切断和接通负荷电流设计的 所以在大多数情况下 应与熔断器配合使用 由后者担任切断短路故障电流的任务 2 5气体绝缘金属封闭开关设备 GIS 气体绝缘金属封闭开关设备 简称GIS 主要由断路器 隔离开关 负荷开关 接地开关 避雷器 互感器 套管或电缆终端及母线等元件相互直接连接在一起而构成 GIS的作用及特点 GIS在输电线路中起着控制和保护的作用 它是最重要的输配电设备之一 主要应用在72 5kV及以上电网中 特别是在水电站和城网变电站中应用越来越广泛 具有体积小 占地面积少 易于安装建设 不受外界环境影响 运行安全可靠 配置灵活 维护简单 检修周期长等特点 2 6交流金属封闭开关设备金属封闭开关设备是指除进出线外 完全被接地金属外壳封闭的开关设备 它是配电系统的主要组成部分 是接收和分配电能的成套开关设备 通用型交流金属封闭开关设备是指采用空气为主绝缘介质 主开关为断路器 少油断路器 真空断路器 SF6断路器 的成套金属封闭开关设备 主要由四个部分组成 控制室 断路器室 母线室和电缆室等 主要使用于3 6 40 5kV三相交流电力系统 作为接受和分配电能的户内设备 特点a 可使用于各种严酷的环境条件 如高海拔 4000m以下 凝露 污秽等 b 设计灵活 组合方案多 操作维护简单 c 随着配套设备的日趋完善和发展 通用型开关柜的可靠性也很高 高压开关设备的型式试验 1分类 型式试验 为了验证产品能否满足技术规范的全部要求所进行的试验 它是新产品研制中必不可少的一个环节 只有通过型式试验 该产品才能正式定型投入生产 型式试验的依据是产品标准 在被认可的独立检验机构进行 型式试验主要分为 绝缘试验 容量试验 机械温升试验等研究性试验 为使试品达到能某种性能要求 在试品的改进 完善过程中进行的试验 通过研究性试验不断改进产品性能 最终达到型式试验的要求 性能试验 为验证产品达到某个 或几个 性能参数进行的试验 除上述之外 通常有下列情况之一时 应进行型式检验 主要根据产品实际情况来选择 a 老产品转厂生产时 b 正式生产后 如结构 材料 工艺有较大的改变 可能影响产品质量及性能时 c 正式生产时 定期或积累一定产量后 应周期性进行一次检验 d 产品长期停产后 恢复生产时 e 本次出厂检验结果与上一次型式检验有较大差异时 f 国家质量监督机构提出进行型式试验的检验要求时 2主要型式试验项目 1 主回路 辅助和控制回路的绝缘试验a 工频耐压试验 b 雷电冲击耐压试验 c 操作冲击耐压试验 d 局部放电试验 e 人工污秽试验 f 无线电干扰电压试验 2 机械试验a 机械特性试验 b 机械操作试验 c 外壳防护等级检查 d 机械撞击试验 e 密封试验 3 主回路电阻的测量及温升试验 4 短路开断和关合试验及短时耐受电流和峰值耐受电流试验 容量试验系列 a 出线端短路关合和开断试验 主要有T10 T30 T60 T100s T100a等 b 短时耐受电流和峰值耐受电流试验 c 异相接地故障试验 d 失步故障试验 OP1 OP2 e 近区故障试验 L90 L75等 f 容性电流开合试验 CC1 2 LC1 2 BC1 2等 g 额定小电感电流开断试验 h 内部故障试验 2高压开关设备的型式试验 容量 热机 2 1交流高压断路器试验 依据标准GB1984 2003IEC62271 100 涉及的容量试验项目1 主回路电阻的测量2 温升试验3 机械试验4 短时耐受电流和峰值耐受电流试验5 短路关合与开断试验 1 基本短路试验方式交流高压断路器的基本短路试验方式主要由试验方式T10 T30 T60 T100s T100a组成 2 单相和异相接地故障试验3 近区故障试验4 失步关合和开断试验5 容性电流开合试验 2 2高压交流隔离开关 依据标准GB1985 2004IEC62271 102 涉及的容量试验项目1 回路电阻测量2 温升试验3 机械试验4 短时耐受电流和峰值耐受电流试验5 母线转换电流开合试验 2 3交流高压接地开关 依据标准GB1985 2004IEC62271 102 涉及的容量试验项目1 温升试验2 机械试验3 短时耐受电流和峰值耐受电流试验4 短路关合能力试验5 感应电流开合试验 2 4高压交流负荷开关 依据标准国家标准GB3804 2004中的相关规定 涉及的容量试验项目1 主回路电阻测量2 温升试验3 机械试验4 短时耐受电流和峰值耐受电流试验5 关合和开断试验1 试验方式1 开合有功负载回路 2 试验方式2 开合闭环回路2a 开合配电线路的回路 2b 特殊用途负荷开关的并联电力变压器回路 3 试验方式3 开合空载变压器回路 4 试验方式4 4a 开合电缆充电回路 4b 开合线路充电回路4c 4d 开合特殊用途负荷开关的电容器组回路 5 试验方式5 短路关合回路 6 试验方式6 开合接地故障试验的试验回路 6a 6b 7 试验方式7 开合电动机回路 2 5负荷开关 熔断器组合电器 依据标准国家标准GB16926 2009中的相关规定 涉及的容量试验项目1 主回路电阻的测量2 温升试验3 机械试验4 短时耐受电流和峰值耐受电流试验5 关合和开断试验 2 6气体绝缘金属封闭开关设备 GIS 依据标准国家标准GB7674 2008中的相关规定 涉及的容量试验项目1 回路电阻测量2 温升试验3 机械试验4 短时耐受电流和峰值耐受电流试验5 关合和开断试验6 内部故障电弧条件下的试验 2 7交流金属封闭开关设备 依据标准国家标准GB3906 2006中的相关规定 涉及的容量试验项目1 回路电阻的测量2 温升试验3 机械试验4 短时耐受电流和峰值耐受电流试验5 关合和开断能力试验6 内部电弧试验 大容量试验室 1概述大容量试验室是高压电器产品开发研制的重要工具 特别是高压开关设备的结构参数和开断能力 主要依赖试验来确定 由于高压开关设备的性能结构涉及理论面广 内容庞杂 尤其是熄弧过程涉及热力学 化学 流体力学等非常复杂领域 难以建成一整套成熟的电压数学模型和公式 因此必须通过模型试验检验 经过反复修改完善才能确定其结构 参数及性能 所以大容量试验室是高压电器产品 特别是新型高压开关设备研制的必须手段 大容量试验室的任务是检验高压开关设备容量关合和开断性能能否满足系统的需求 随着电力系统的扩大 对断路器性能的要求越来越高 除安全可靠的分合闸操作外 还要求在系统故障状态下可靠切除故障 这使得制造厂采取各种措施 改善断路器的性能 寻求更好的灭弧方式和灭弧介质 大容量试验室的又一任务是寻求新的等价试验方法 能够找出用较小的试验设备容量 完成对较大容量和较高电压等级开关设备的等价试验方法 2大容量试验室类型按大容量试验中试验电源的供给方式可以分为网络试验站 以冲击发电机为试验电源的试验站以及振荡回路试验站 2 1网络试验站一般设在电力系统中短路容量较大的变电站附近 装备有专门制造的短路变压器 调节电抗器 保护开关 合闸开关及相应的控制设备 电源直接取自电力系统 如图1所示 优点 投资省 建设快 运行维护简单 缺点 试验容量较小 试验时间 次数及恢复电压受限制 距离城区较远 运输不便 我国主要有虎石台试验站 电科院网络试验站以及西高院网络试验回路等 国外主要有意大利的CESI和加拿大的IERQ都是网络试验站 2 2冲击发电机为试验电源的试验站用冲击发电机和短路变压器作为试验电源 来模拟电力系统短路或其它操作过程 等价性较高 此类试验站可以通过增加机组 多台电机并联运行提高试验能力 如图所示 用冲击发电机和短路变压器作为试验电源 来模拟电力系统短路或其它操作过程 等价性较高 此类试验站可以通过增加机组 多台电机并联运行提高试验能力 优点 物理过程与电力系统相同 参数便于调节 短路过程对系统的冲击不大 试验时间不受系统限制 试验容量还可通过多台机并联扩大 可采用合成回路进行开发高压大容量新产品的试验 缺点 投资大 建设时间长 运行人员多 运行维护较复杂 我国的西高院大容量试验室及国外荷兰的KEMA试验站 ABB 瑞典 瑞士 试验站 日本 三菱 东芝 AE POWER 韩国KERI等都是采用冲击发电机作为电源的容量试验站 2 3振荡回路试验站以充电的电容器组所储能量 通过电感放电产生的振荡交流作为试验电源 主要是靠较长时间的充电和在数十毫秒内的快速放电来获取强大的试验功率 优点 投资省 容量易于扩大 组合方便 运行人员少 可进行单频试验回路和自身的合成试验回路 也可以作为冲击发电机电源或网络电流源的电压源做合成试验 运行维护简便 可随时试验 试验回路能量有限 不会造成大的事故发生 缺点 电流和电压均为衰减波 工频恢复电压为衰减直流电压 与直接试验存在差异 不能进行重合闸操作 只能进行单相试验 3西高院大容量试验室及试验能力西高院大容量试验室主要由5台短路冲击发电机 老站振荡回路和新站振荡回路以及机械温升试验室构成 而且还有进线为6kV的网络试验系统 容量试验试验项目及方法 1温升试验1 1概述温升试验是考核产品在额定负载下的载流能力 即在较长时间内对产品通以额定工作电流 直至各处的温度达到稳定为止的通流试验 如果其温度超过该导电体规定值 可能会使其材料的物理 化学性能发生变化 机械性能和电气性能下降 特别在导电体与触头接触处 温度过高会使其表面强烈氧化 接触电阻增大 甚至会使其熔化 由绝缘材料制造的零部件由于温度过高 会逐步老化变脆 绝缘性能下降 最后导致产品发生故障 造成严重事故 为保证高压开关设备和控制设备能长期在额定负载下安全可靠地运行 必须进行温升试验 温升试验的具体要求见国家标准GB11022 2010 高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求 1 2温升试验原理 VR 调压器T 升流器TO 试品CT 电流互感器 1 3温升试验的要求高压开关设备和控制设备各种部件 材料和绝缘介质的温度和温升极限要求 GB11022 1 4试验方法及程序 1 高压断路器1 断路器试前状态 温升试验应在装有清洁的新断路器上进行 断路器安装方式应与其实际运行中的工作状态一致 或者按照其散热条件最不利的方式进行 断路器应装配在其相应的开关柜中进行温升试验 并提供其所配开关柜的相关图纸 资料 2 试验环境条件 环境温度应在 10 40 之间 热机分场是使用三只均匀布置在试品周围 处于试品载流平均高度上并距离试品1m处的热电偶来测量环温 为避免温度快速变化而造成的读数误差 将热电偶置于一个容量为1L 内置0 5L以上变压器油的瓶子中 空气流速不超过0 5m s 应避免阳光辐射及其他射线影响 周围空气没有明显地受到尘埃 烟 腐蚀性或可燃性气体 蒸汽或盐雾的污染 3 试验要求 主回路电阻测量温升试验前 在试品处于环境空气温度下测量回路电阻 温升试验结束后 待试品冷却到环境空气温度时 测量回路电阻 温升试验前后两次测量的回路电阻值应在产品技术条件的规定值内 两次测量的差值不应超过20 试验极数原则上 试验应在三极试品上进行 但如果其他极的影响可以忽略的话 试验也可以在单极上进行 对于额定电流不超过630A的三极试品 可把三极串联后进行试验 电压等级较高试品对于大型试品 它们的对地绝缘对温升没有明显的影响 可以降低对地绝缘进行试验 临时连接线与试品连接的临时连接线 不应明显地导入或导出热量 其长度不小于2m 在距离试品接线端子1m的母线上及试品接线端子上均应埋设测量点 两者温升的差值不应超过5K 试验电流试验电流应为试品的额定工作电流或其技术条件规定值 如DL标准要求1 1倍额定电流 电流的偏差范围为0 2 此限值仅在温升试验最后两个小时保持 电流波形应为正弦 频率为50Hz 频率的偏差范围为 5 5 为了加速试验 在不影响试验结果和试品结构强度的前提下 允许用大于规定值的电流进行预热 预热到全部测试点中任何一点首先达到预期温度的80 左右为止 再降至额定电流进行 温度测量使用1级允差T型热电偶进行温度测量 热电偶应符合GB16839以及其相关标准 2机械试验2 1概述机械试验一般包括机械特性试验 机械操作试验 机械寿命试验和接线端子静拉力试验等 它主要验证高压开关设备的可靠性 其机械特性如分 合闸速度 直接影响断路器的开断 关合能力 因此 机械特性试验和机械操作试验除作为型式试验内容外 还作为出厂试验项目之一 具体内容由各类高压开关设备的产品标准及技术条件规定 具体试验方法见国家标准GB3309 89 高压开关设备常温下的机械试验 2 2试验前试品状态及注意事项 试品必须符合图纸和技术文件的要求 一般检查项目包括产品的型号 规格 总装 安装方式 指示元件位置 电气控制回路接线和影响操作性能的配套电器元件的型号 规格等 机械试验的考核应包括高压开关设备主体及其所有附属元件 试品的操作回路和控制回路 电源的连接和状况均应满足要求 用一个操动机构操作多极的高压开关设备 原则上应以多极为一整体进行试验 如受试验场所的限制 证明等价或偏严的条件下允许对110kV及以上的隔离开关和接地开关进行单极试验 每极由单独操动机构操作的高压开关设备 可以单独进行试验 对于不同的安装方式 原则上均应进行试验考核 也可选一种或多种偏严的安装方式进行试验 2 3机械特性试验机械特性试验的目的是考核产品在规定的条件下 其机械特性参数能否符合产品技术条件要求 型式试验前 应建立断路器的机械行程特性 例如 记录空载行程曲线 也可利用特征参数来实现 例如在特定行程的瞬时速度等 机械特性是为了表征断路器的机械性能 在试验报告中 应注明用于记录机械行程特性的传感器类型和位置 机械行程特性曲线应被连续地或离散地记录 参考的机械行程特性也可以用来确定 该参考曲线上下允许偏差的限值 根据该参考曲线 可以从分闸时的触头分离时刻和合闸时的触头接触时刻到触头行程终止时刻 划出两条包络线 两条包络线距初始点的距离应在总行程的 5 范围内 断路器的总行程为20mm或更小时 两条包络线距初始点的距离应为2mm 包络线可以在垂直方向移动 直到一条曲线覆盖了参考线 这就分别给出和参考触头行程曲线的最大允许偏差分别为0 10 和 10 0 为了得到和参考线10 的最大的总偏差 包络线的移动在整个试验过程中只允许一次 所测参量一般包括 a 合闸时间 b 分闸时间 c 一极中各单元之间的时间差 d 极间时间差 如果进行多极试验时 e 操动装置的恢复时间 f 控制回路的损耗 g 脱扣装置的损耗 可能时还应记录脱扣器的电流 h 分闸或合闸指令冲击的持续时间 i 适用时 密封性 j 适用时 气体密度或压力 k 主回路电阻 l 时间 行程特性曲线 m 制造厂规定的其它重要特性或整定值 2 4机械寿命试验机械寿命试验是验证高压开关设备在规定的机械特性及不更换零部件的条件下 能否承受规定的空载分 合闸操作次数的试验 同时考核机械操作的稳定性 1 断路器的机械寿命试验1 试验条件机械寿命试验应在试验地点的周围空气温度下进行 周围空气温度应记录在试验报告中 应包括作为操动装置组成部件的辅助设备 机械操作试验应由2000次操作顺序组成 试验中 允许按照制造厂的说明书进行润滑 但不允许进行机械调整或其它类型的维修 2 断路器在试验中和试验后的状态断路器在试验中及试验后应处于这样的状态 能够正常操作 能够承载额定电流 能够关合 开断其额定短路电流及按照其额定绝缘水平耐受电压值 通常 如果断路器符合下列条件 则认为满足上述要求 试验中 断路器按指令动作 无指令不动作 试验后 测出的特性在制造厂给出的偏差范围内 试验后 所有部件 包括触头无过度磨损 试验后 在接触区有镀层的触头 表面的镀层仍应保持 否则 触头被认为是裸露的 而且仅当温升试验中的触头温升不超过裸露触头的允许值时满足试验要求 试验中及试验后 机械部件的任何变形对断路器的操作不得有不利的影响 或者不得妨碍可更换零件的正常装配 试验后 断路器在分闸位置的绝缘性能应该和试验前的状况基本相同 试验后断路器的外观检查通常足以验证其绝缘性能 对于灭弧室终身密封的断路器 进行状态检查是必要的 3 机械操作试验下面给出的判据适用于M1和M2级断路器的机械操作试验 a 全部试验程序完成前 后 应进行下述操作 在合分闸装置以及辅助和控制回路的额定电源电压和 或操作用的额定压力下 进行5次合 分操作循环 在合分闸装置以及辅助和控制回路的最低电源电压和 或操作用的最低压力下 进行5次合 分操作循环 在合分闸装置以及辅助和控制回路的最高电源电压和 或操作用的最高压力下 进行5次合 分操作循环 在这些操作循环中 应记录或计算其动作特性 不需给出记录到的所有示波图 但是 试验报告中至少应对上述的每一组条件给出一张示波图 延长的机械寿命试验前 后测量到的每个参数与平均值之差应在制造厂给出的公差范围内 b 每一个2000次操作顺序后 动作特性应予以记录 c 完成所有试验程序后 断路器的状态应该符合标准要求 2 金属封闭开关设备机械试验1 机械操作试验 开关装置和可移开部件开关装置及可抽出部件应按照相关的技术要求操作50次 可移开部件应插入和移开各25次 以验证其操作性能良好 如果可抽出或可移开部件要用作隔离开关 则试验应符合GB1985 2004的规定 联锁装置应处于防止开关装置操作和可移开部件插入或抽出的位置 对开关装置操作50次 对可移开部件应插入和抽出各25次的试操作 进行试验时 只应施加正常的操作力 不允许对开关装置 可移开部件及联锁装置进行调整 对手力操作装置 应使用正常的操作手柄进行试验 如果满足下列条件 则认为联锁通过了试验 a开关装置不能操作 b可移开部件的插入与抽出完全被阻止 c开关装置 可移开部件及联锁装置工作情况良好 并且试验前后操作力基本相同 机械特性试验主回路和接地回路中所装的开关装置在规定的操作条件下的机械特性试验应符合开关装置各自技术条件及相关标准的要求 除了温升和机械这两大类试验外 还有部分其他试验项目 外壳防护等级验证 GB4208 93 外壳防护等级 密封试验 GB11023 89 高压开关设备六氟化硫气体密封试验方法 SF6气体状态测量 GB7674 2008 额定电压72 5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备 过载电流耐受试验 GB14808 2001 交流高压接触器和基于接触器的电动机起动器 充气隔室压力耐受试验 GB3906 2006 3 6kV 40 5kV交流金属封闭开关设备和控制设备 辅助和控制回路的绝缘试验和工频耐压试验等项目具体要求见高压电器各自相关标准 3容量试验3 1型式试验前的机械特性试验型式试验前应建立断路器的机械行程特性曲线 这些参考的机械行程特性一方面是为了对试品进行包络线的比对 另一方面是表征断路器的机械性能 为其今后的试验提供方便 1 基本参量一般会依据试品的技术条件测量如下项目 合闸时间 处于分闸位置的断路器 从合闸回路带电时刻到所有极的触头都接触时刻的时间间隔 注 合闸时间包括断路器合闸必需的 并与断路器构成一个整体的任何辅助设备的动作时间 分闸时间 处于合闸位置的断路器 从分闸回路带电时刻到所有极的触头都分离时刻的时间间隔同期 所测得合分闸时间中三相之间的差异 其中最大值就是不同期时间 开距 断路器在分闸位置时动静触头之间最小的导电距离 分合闸速度 回路电阻 用于表征导电回路的联接是否良好 3 2高压开关设备的短时耐受电流和峰值耐受电流试验开关设备和控制设备的主回路和接地回路 如果适用 应该接受此试验 来检验它们承载额定峰值耐受电流和额定短时耐受电流的能力 额定短时耐受电流是指在规定的条件下 开关设备在合闸位置能够承载的电流有效值 额定峰值耐受电流是指在规定的条件下 开关设备能够承载的额定短时耐受电流第一个大半波的电流峰值 1 基本要求a 开关设备和控制设备应该安装在它自身的支架上 或者安装在等效的支架上 并且装上它自身的操动机构 b 试品应该处于合闸位置并装上清洁的新触头 c 试验应该在额定频率下和任一合适的电压下进行试验 d 试验前 开关设备要做一次空载操作 e 除了接地开关外 试验前后要测量主回路的电阻 g 试验电流的交流分量原则上应等于被试开关设备的额定短时耐受电流的交流分量 峰值电流不应该小于额定峰值耐受电流值 一般不应该超过该值的5 特殊要求除外 试验电流的持续时间应该等于额定短路持续时间 2 试验原理大容量试验室进行高压开关设备短时耐受电流和峰值耐受电流试验采用以冲击发电机 或网络 为电源 经过降压变降压的方式进行 举例 动稳定满足峰值要求 且持续时间不小于300ms 本档试验峰值要求为2 6 50 130kA 实际参数133kA 符合100 105 的范围要求 以一台试验电流有效值为31 5kA 峰值为80kA 持续时间为4s的断路器配开关柜的金属封闭开关设备动热稳定试验为例 试验回路从试品母线室进线 经断路器 接地开关 在接地开关汇流母线处短接 以一台试验电流有效值为25kA 峰值为63kA 持续时间为4s的断路器配开关柜的金属封闭开关设备动热稳定试验为例 试验回路从试品母线室进线 经断路器 接地开关 在接地开关汇流母线处短接 3 3出线端短路故障试验 1 出线端短路故障短路故障电路大多是电感电阻性电路 我国60kV及以下的电力系统包括部分110kV电力系统都采用中性点不直接接地方式 2 出线端短路故障试验原理 T100s标准中对于T100s主要的要求是 应能开断100 额定短路电流 施加电压为额定电压 TRV满足要求 刚分点处电流的直流分量 20 试验过程中每次开断之间 分闸应移40 关合电流峰值满足额定短路关合电流 应能承受300ms的工频恢复电压 额定电压 不能出现工频击穿 瞬态恢复电压标准要求在每次试验前 应给出该档试验的预期TRV 其目的 一是为了检验回路是否能够满足要求 二是由于产品在触头材料 灭弧介质 开断性能等方面各不相同 其开断后的实际TRV往往不尽相同 通过预期TRV可以将相同电压等级 相同试验方式的TRV参数标准化 TRV参数一般由Uc和t3组成 其中Uc又取决于产品的首开极系数kpp和振幅系数kaf IEC标准所定义的四参数TRV包络线t1 第一外切线达到u1的时间t2 第二外切线达到uc的时间 通过分析断路器的开断过程可以发现 高压和大电流并不是同时出现的 如图所示 整个开断过程可以分为三个相互独立的阶段 即 1 大电流阶段 从触头分离起至断路器开断前的电弧电压显著变化止 2 相互作用阶段 电流零点前电弧电压显著变化阶段 3 高电压阶段 电弧过零熄灭后 间隙在恢复电压作用下的阶段 大电流阶段 如果电流源电压足够高 则开断电流的幅值和半波持续时间可以保证 电流的趋零速度可由电压回路保证 相互作用阶段 IEC规定电压回路电感值应在由等效工频电压与预期被试断路器承受电流之比计算得到电感的1 0 1 5倍 a 1 a值要在1 0 67之间 在相互作用阶段 等值波阻抗Zh在理论上应等于 du dt di dt du dt为规定的瞬态恢复电压上升率 实际du dt应等于IEC标准所规定的数值 为满足TRV时延的要求 杂散电容与集中电容之综合值并联 产生时延td Zh Cd 高电压阶段 在电流过零后自动加上规定的恢复电压 电压回路的容量应足够大 T100a 试验方式5产品的非对称短路开断能力 与产品试验要求的直流分量息息相关 而产品直流分量的确定 则取决于产品工作电网的时间常数以及产品的最短分闸时间 一般时间常数45ms 1 标准对于产品非对称开断的要求当系统中出现非对称短路故障时 故障电流的直流分量按照其固有时间常数从100 开始进行衰减 短路时间越长 直流分量越小 从故障起始点到产品的刚分点 其经过的时间按照保护动作的10ms加上产品最短分闸时间计算 由此推断出产品试验所需的直流分量 T100a试验的目的在于 要使产品在至少3次单分开断试验中 应该满足以下条件 每次开断均有一相满足标准对最后一个半波峰值Ipeak和 t乘积的要求 能够验证首开大半波和延长大半波在满足Ipeak和 t乘积要求的同时 还具有最长燃弧时间 试验次数最多不超过6次 即如果产品已完成了6次T100a 则无论前面两个条件是否满足 都将认为断路器完成了T100a试验 举例 T10 T30 T60 试验方式1 试验方式2 试验方式3三种试验分别为10 额定短路电流开断 30 额定短路电流开断 60 额定短路电流开断试验 除了开断电流上的不同外 三相试验的主要区别在于TRV的UC TRV峰值 和t3 另外 还应在T10与T30 以及T100s和T100a之间 对产品的进线和短接点进行调换 以达到从严考核产品的目的 3 4失步关合和开断试验 1 对失步关合和开断试验的要求失步试验主要是考核处于两个系统联络处的断路器 当断路器该相两侧的电压相角完全相反时 断路器开断故障电流的能力 工频恢复电压 对于中性点固定接地系统应为2 0 倍的额定电压 对于其他系统应为2 5 倍的额定电压 瞬态恢复电压应符合GB1984中表1a 1b 1c中的相关要求 额定失步开断电流应为额定短路开断电流的25 额定失步关合电流应为额定失步开断电流的峰值 3 5异相故障开断试验 1 异相试验的要求异相主要是考核非固定接地系统中 发生两相短路故障时 断路器开断故障电流的能力 其开断电流为87 额定短路电流 开断后 试验相还需要承受额定电压和相应的TRV 相对于T100s中 三相零点只相差3 3ms 且三相承受的工频恢复电压仅为相电压 近区故障试验近区故障 近区故障是指发生在离断路器较短的 通常为零点几至几公里 架空线上的一段短路故障 由于有一段架空线阻抗的接入 当线路侧电流波经过波的折射与反射而形成一叠加的锯齿波 使得断路器在开断后初始瞬态恢复电压上升率比较高 此时断路器开断的短路电流虽然比断路器出线端短路时小 但开断条件却更为苛刻 适用于直接和架空线连接的 不考虑电源侧的网络类型 额定电压15kV及以上 额定开断电流大于12 5kA的S2级断路器 在断路器中的电弧熄灭以前 Cs与C1经电弧连在一起 若电弧电压很低可以认为Cs与C1的电压uA uB正好到达电压峰值UAm与UBm 当故障点离断路器较近时 故障电流较大 而UAm UBm较低 反之 故障电流较小 而UAm UBm较高 电流过零 断路器CB中电弧熄灭后 电容Cs与C1隔开 电压uA 与uB不再相等 断路器触头两端电压UAB 即恢复电压utr为 utr uAB uA uB由于线路电感与电容是沿线路均匀分布的 因此电弧熄灭后 C1两端电压uB按锯齿波变化 若考虑线路中的损耗 锯齿波的幅值将逐渐减小 距离愈长 频率愈低 反之 距离愈短 频率愈高 故障点离断路器较近时 虽然瞬态恢复电压起始部分的上升率很高 但幅值不大 当故障点离断路器较远时 恢复电压的幅值虽然很高 但上升率较低 试验站通常采用合成试验方法及模拟人工线路的试验回路 人工模拟线路是经过证明其效果与等价的电力线路对断路器的作用相当的 试验回路为单相 它包括电源侧回路和线路侧回路 3 6开合容性电流试验 CC1 CC2与LC1 LC2 1 对断路器开合容性电流试验要求开合容性电流是断路器的一个重要性能 容性电流开合试验适用于规定有下述一个或多个额定值的所有断路器 额定线路充电开断电流 额定电缆充电开断电流 额定单个电容器组开断电流 额定背对背电容器组开断电流 额定单个电容器组关合涌流 额定背对背电容器组关合涌流 2 试验原理以12kV电压等级的断路器开合线路充电和电缆充电回路为例 试验原理如图51所示 CC1试验电流为5 10A 试验方式为单分操作 24次 CC2试验电流为25A 试验方式为合分操作 24次 两个方式在试验过程中在同一极中要分别作6次正极性的最短燃弧开断操作和6次负极性的最短燃弧开断操作 举例 3 7隔离开关母线转换电流开合试验开合母线转换电流不是将负荷开断 而是将负荷从一条母线转移到另一条母线上时隔离开关在有载条件下所进行的开断和关合操作 隔离开关开合母线转换电流试验的目的是为了考核用于将负荷电流从一个母线系统转换到另一个母线系统的隔离开关的性能 对隔离开关母线转换电流开合试验要求1 试验回路应该接地 2 最好在额定频率下进行试验 为了方便 试验可在50Hz或60Hz下进行 并认为两者是等价的 3 试验电压应合理选择 以便在打开的隔离开关端子之间产生所需的额定母线转换电压 应在电流开断后立即测量试验电压 4 试验电流应等于规定的额定母线转换电流 应在隔离开关操作之前测得 应是衰减很小的对称电流 5 试验回路的功率因数应不超过0 15 6 可以采用频率不低于10kHz 预期振幅系数不小于1 5 具有 1 cos 波形的瞬态恢复电压 7 试验方式应为100次关合 开断操作循环 3 8接地开关关合与开断试验 1 接地开关关合试验关合试验主要指开关柜用接地开关的关合 一般情况下进行两次关合试验 要求在额定电压下 关合峰值满足2 5倍的额定短路开断电流值 主要考核接地开关在额定电压条件下关合额定关合电流峰值的能力 考察接地开关的触头烧损情况 验证产品在两次关合试验后能否一次性正常打开 一般的通流时间要不小于200ms 2 试验原理 3 举例 试验参数 关合电流峰值 100kA 试验电压 12kV 通流时间 200ms 4 接地开关静电 电磁感应试验主要用于额定电压72 5kV及以上 能够开合感应电流的接地开关 在多路架空输电线布置的情况下 不带电并且接地的输电线上可能通过电流 这是由于与相邻带电线路的电容和电感耦合的结果 因此 用在这些线路的接地开关应保证下列运行条件 当接地连接线的一端开路 接地开关在线路的另一端操作时开断和关合容性电流 当线路的一端接地 接地开关在线路的另一端操作时开断和关合感性电流 持续承载容性和感性电流 试验原理 3 9通用负荷开关试验 1 对通用负荷开关试验的要求GB3804 2004中对通用负荷开关试验项目的要求 连续承载额定电流 开合有功负载 开合配电闭环电路 开合空载变压器 开合空载电缆和架空线的充电电流 在规定的时间内承载短路电流 关合短路电流 2 有功负载试验回路 试验方式1 额定有功负载开断电流是负荷开关在其额定电压下能够开断的最大有功负载电流 试验回路要求试验回路由电源回路和负载回路组成 电源回路总的串联阻抗应为电抗和电阻串联 且功率因数不超过0 2 试验方式1中开断的电流为100 额定电流 在出线端故障的条件下 电源回路的预期瞬态恢复电压不应比表中规定的偏轻 试验原理 举例 额定电压12kV 额定有功负载开断电流为630A的三相负荷开关 3 闭环试验回路 试验方式2 配电线路回路 是开断闭环配电路 即负荷开关开断后 其两侧均带电 且其端子间的电压基本上小于系统电压 是负荷开关能够开断的最大闭环电流 试验回路要求试验回路中的电抗和电阻串联且功率因数不超过0 3 负载阻抗可以在负荷开关的电源侧 负载侧或者分开 预期瞬态恢复电压不应比表中的规定值偏轻 试验原理 4 容性回路 试验方式4a 4b 容性试验回路的一般要求 对于试验室进行的试验 可以用电容器 电抗器和电阻等集中元件组成的人工回路部分或全部替代线路或电缆 a 试验电压 三极联动负荷开关单相试验的试验电压应等于与下列系数之一的乘积 1 0 电源系统的中性点接地时开合中性点接地的电容器组和屏蔽电缆 1 1 电源系统的中性点接地时开合铠装电缆 1 2 电源系统的中性点接地时开合架空配电线路 1 3 电源系统的中性点接地时开合中性点不接地的电容器组 1 4 电源的中性点接地以外的系统时 开合电容器组 线路和电缆 电缆充电回路 试验方式4a 负荷开关开断电缆充电回路是指其开断电缆空载回路的能力 是其在额定电压下能够开断的最大电缆充电电流 试验原理 试验室采用电容器来模拟屏蔽电缆和铠装电缆 试验电源接试品的进线端 试品的出线端接试验回路的容性负载 容性负载采用电容和电阻相串联 线路充电回路 试验方式4b 负荷开关开断线路充电回路是指其开断空载架空线路的能力 是其在额定电压下能够开断的最大线路充电电流 3 10组合电器转移电流与交接电流试验转移电流是在熔断器与负荷开关转换开断职能时的三相对称电流值 撞击器操作 额定转移电流是组合电器中的负荷开关能够开断的转移电流的最大有效值 交接电流是两种过电流保护装置的时间 电流特性交点的电流值 脱扣器操作 额定交接电流是组合电器中的负荷开关能够开断的交接电流的最大有效值 1 转移电流与交接电流试验要求 组合电器应在额定频率下进行试验 频率偏差为 8 为了试验的方便 偏离上述范围也是允许的 试验回路的功率因数应通过测量来确定 并取每相功率因数的平均值 功率因数平均值应符合GB16926 2009中相关规定 试验电压应在组合电器开断后 立即于其所在位置测量的相间电压的平均值 允差为 5 每一相与平均值的允差为 20 工频恢复电压在电弧熄灭后 工频恢复电压应至少保持0 3s 对于转移电流和交接电流的试验 开断电流应是在起弧瞬间测取电流的交流分量有效值 交接电流试验中任一极中的开断电流交流分量有效值不能超出平均值的10 而转移电流试验中装有导电棒的两极中的开断电流交流分量有效值不应小于首开极 装有熔断器的极 开断电流的 即87 三相试验回路中 瞬态恢复电压是对首开极而言的 即开断极与其他两闭合极之间的电压 恢复电压的波形应满足其包络线在任何时刻都不能低于规定的参考线 规定有延时线时 其起始部分不能与延时线相交 试验原理组合电器转移电流的试验原理 试验电源接试品的进线端 试品的出线端接感性负载回路 负载回路由电感和电阻的串联组成 且在试验回路的电源侧及负载侧接有调频装置 试验时 试验相装有熔体额定电流为125A的限流熔断器 其他两相用模拟棒进行连接 举例 额定交接电流时的开断试验额定交接电流开断试验对脱扣器操作的组合电器是强制性的 进行该试验的目的是验证开断负荷由熔断器交接给脱扣器操作的负荷开关时 在交接电流范围内 熔断器与脱扣器操作的负荷开关之间的正确配合 应在三相试验回路上进行三次开断试验 三极熔断器全部用阻抗可忽略不计的导电棒替代 试验回路与试验方式与转移电流相同 3 11金属封闭开关柜的内部故障试验 1 内部故障试验的要求本项试验主要是考察当运行的开关柜出现内部短路故障时 其柜体能否承受故障带来的破坏 不会对周围可能出现的人员造成伤害 标准将开关柜的内部故障试验分为A类和B类 每一类由按照柜体可触及面的不同进行了划分 A B类之间的区别主要在于指示器摆放的位置 A类为距产品300mm B类为距产品100mm 对于指示器用的面布 B类所用棉布的质量远远小于A类 这些都是为了更加严格地考核B类开关柜 因为其运行的工况与普通人更加接近 为了更接近实际运行条件 在内部故障试验中 除非有特殊声明 产品都需要有一个并柜 并采用电缆进线 由并柜接入被试柜体的电缆室 断路器室 母线室等 对于一些环网柜或负荷开关类的内部故障试验 由于这些产品往往采用SF6作为绝缘气体 为了减少对空气的污染 这类柜体进行试验时 需将SF6改为氮气或压缩空气 2 试验原理 试验为A类产品 三面可触及 按照标准要求进行布置 电源由产品并柜的电缆室进线 经并柜的母线室进入被试柜 产品顶端距模拟房顶600mm 100mm 并柜左侧距模拟房墙壁100mm 产品其他侧面及背面距指示器300mm 热机及容量试验时注意的问题 1温升试验应注意的问题1 1断路器试验时应注意以下几点 a 如果装配或接线引起接触面接触不够好 可能会导致回路电阻值较大 致使温度超标 b 户外柱上断路器等额定电流较小的产品 由于设计原因 导电截面积不够 导致载流能力不强 可能会引起试品温度超标 c 断路器配柜时 手车隔离插头属于活动连接 在推入开关柜的过程中 由于隔离插头咬合不够紧密 接触不够好 可能会导致回路电阻值较大 致使温度超标 此类问题常有发生 可以通过温升前回路电阻测试来检查隔离插头接触是否良好 d 额定电流较大的断路器配柜进行温升试验时 由于柜体风道设计不够理想 或是由于设计风机功率较小 可能会导致断路器散热较差 引起断路器温升超标 此类情况时有发生 分析原因 主要还是由于柜体设计或是断路器设计不够理想 f 手车隔离触头处无镀层 有无镀层允许温升差别较大 镀银允许温升65K 裸铜允许温升35K 温升试验要求在新的试品 清洁的触头上进行 新的触头都是有镀层的 只有当手车进出寿命试验后 隔离触头漏铜时 需要进行温升试验来验证其寿命试验 此时触头当以裸铜考核 此类情况较少出现 触头接触两边均匀 对中要好 1 2金属封闭开关设备试验时应注意以下几点 a 柜内母线室母排或其他隔室母排因为铜排材质较差 个别厂家使用铝排作为导体 杂质含量高 会造成材料电阻率大 可能会导致较高的温升 b 磁场影响 对铁磁性材料易产生涡流发热 导致导电体温升超标 这种现象在大电流开关柜上较为突出 此类情况经常发生 一般将铁磁性材料换成不锈钢板就能避免此类问题 c 出线柜由于熔管发热较大 其上下两端子温度容易超标 一般情况下额定电流100及以上的熔管端子温度容易超标 此类情况经常发生 一般解决办法配合适的熔管 或者将紧固熔管的端子经过特殊处理 解决问题的根本在于熔管的质量上 如果能有较好的熔管 此类问题将迎刃而解 d 柜体出线应接电缆 电缆端子 允许温升50K 与开关设备连接处容易受开关设备的发热影响 温度超标 此类情况时常发生 主要由于其开关设备主回路电阻较大 引起发热较大 还有部分厂家所配用电缆质量较差 引起温度超标 e 额定电流3150及以上的开关设备