一种采用变频技术来补偿开断电流衰减的试验回路

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。一种采用变频技术来补偿开断电流衰减的试验回路一种采用变频技术来补偿开断电流衰减的试验回路一种采用变频技术来补偿开断电流衰减的试验回路一种采用变频技术来补偿开断电流衰减的试验回路电工电.I【(2009No.11)*产品与应用一种采用变频技术来补偿开断电流衰减的试验回路吴盛刚,李向阳,成俊奇,李玉春(中国电力科学研究院开关所,北京100192)摘要:介绍一种不用补偿回路的电流衰减补偿方法,其工作原理是采用变频技术来提高熄弧半波电流的频率和增大电流值,以补偿开断电流的衰减,使其满足标准对最后燃弧半波电流幅值和

2、半波持续时问的要求.对两种补偿方法的优缺点,从经济性,安全性,适用性以及等价性几个方面进行了比较和评估,得出了采用变频补偿方法具有显着优越性的结论,实践表明,该试验技术有较大实用价值和推J价值.关键词:振荡回路试验;电流衰减;变频补偿;评判准则中图分类号:TM835文献标识码:A文章编号:10073175(2009)1卜002903TestCircuitUsingaKindofVariableFrequencyTechnologytoCompensateforBreakingCurrentAttenuationWUShenggang,LIXiangyang,CHENGJunqi,LIYu-ch

3、un(ChinaElectricPowerResearchInstitute,Beijing100192.China)Abstract:AkindofcurrentattenuationcompensationmethodwithoutcompensationcircuitswaspresentedanditsworkingprincipleadoptedvariablefrequencytechnologytoincreasefrequencyofaloopwithclearanceandthecurrentvaluetOcompensatefortheattenuationofbreaki

4、ngcurrenttocomplywiththerequirementsforcurrentamplitudeanddurationofaloopwithclearanceinsynthetictestingstandard.Theadvantagesanddisadvantagesoftwotypeofcompensationmethodswerecomparedandassessedfromtheaspectsofeconomy,security,applicabilityandequivalence.Ithasbeenproventhatusingthefrequencycompensa

5、tionmethodhasasignificantadvantage.Thepracticeshowsthatthetesttechnologyhasagreatpracticalvalueanditisworthytospread.Keywords:oscillationcircuittest;currentattenuation;frequencycompensation;evaluationcriteria0引言两高所大容量试验室原有的振荡回路试验系统,除了可以进行单频振荡回路(含单频分流,分压以及加补偿电流的单频单回路)的试验外,其主要用途是作为并联电流引入合成回路的电压源(即引入刚路

6、),采用以短路发电机一变压器系统或以电容器组为电流源的合成试验方式,后者称为振荡回路自身合成试验.该试验系统按自身合成试验的方式,最高具有额定电压为550kg,试验极数为1/2极,开断电流为50kA的单相单分试验能力,短路电流持续2个或作者简介:吴盛刚(1939一)伞向(1971一)成俊奇(1979一)李i春(1972一)3个半波.由于电容器仅能贮存有限的电能,在振荡过程中,电流回路的固有电阻,合闸开关,辅助开关和被试开关中的电弧电压均可引起振荡电流的衰减,这种衰减是随着电流半波数的增加和燃弧时间的加长而变大,这是该试验回路的固有缺点及主要问题之一,为了满足试验等价性要求,需要设法补偿振荡电流

7、的衰减.下面介绍两种不同原理的补偿方法.1以前采用的补偿回路简介1.1原理线路如图l所示的合成回路的电流源增加了一个由男,高级工程帅,本科,从事高压电器试验回路研究及柃测工作;男,高级工程师,本科,从事高压开关试验技术研究及检测室管理工作男,-E师1,硕士,从事高压开关试验研究及检测1:作;男,高级工程帅,本科,从事高压开关试验研究及检测ll厂作.一29电工电气(2009No.11)一种采用变频技术来补偿开断电流衰减的试验回路一DQ构成的电流补偿回路,用同步点火装置来控制DQ的开通时刻,使它在熄弧半波起始的电流零点附近投入,以补偿电流的衰减,使补偿后的电流与前一个半波电流大致相等.因此补偿电流

8、j的投入,大大提高了试验质量和容量.Ca)有补偿回路的原理图ib压回路b)有补偿【旦l路的电流波形图C.,L1一电流回路电容和电感,Lb一补偿回路电容和电感HQ一合闸球DQ一补偿回路点火球BQ一补偿回路保护球BJ一补偿保护联锁接点FK一辅助开关SP一被试断路器图1有补偿回路的电流回路原理图及电流波形从这种回路的工作原理可知,它只适宜作燃弧时间为23个半波的单相单分试验.这种试验回路主要使用在高压断路器开发选型时的研究性试验以及电寿命试验中的单分试验,还曾经用它有效地进行了近区故障开断试验以及超高压断路器的并联开断试验.1.2该补偿方法存在的缺陷及所采取的保护措施如前所述,由于采用增加补偿电流的

9、原理来弥补主电流的衰减,如果是做2个半波的试验,则在试验前,G及上充有不同数值极性相反的电压.试验时合闸球HQ由程控器控制首先接通主电流回路,产生第一个半波电流j,在此半波电流零点前数十微秒,由控制的同步点火装置发出点火脉冲,让DQ动作,于是补偿电流投入,一起完成供给试品第二个半波电流(i+).适当选择这两支路的参数及充电电压,使它们的频率相近并近似等于50Hz,同时应使的偏差不超过要求值的+10%,而使i大于或等于要求的开断电流值.从上述工作过程可知,该一30一回路在某些不正常的工作情况下,在补偿支路上会出现不允许的过电压.例如,由于程控器整定差错导致FK或SP提早分开或点火球误动作等原因,

10、都可能导致主电流回路与补偿回路反极性串联振荡的故障工况,都会在上产生高低不同的过电压,其中以FK或SP提早分开,而且DQ与HQ同时误动作最为严重,其典型的过电压波形是以稳态均衡电压为轴线的衰减振荡,出现最大过电压的时间是在形成过电压条件(两支路反极性串联)后约i0ms(半周期),其最大值等于2倍加上,理论上可达的3倍,实际运行时比理论值低一些,但一般均已超过电容器额定电压(30kVDC).过电压值的计算:.=(Ci-)/(c+),=2/c.十.式中及分别为两支路的充电电压.为保护的安全,我们采用了两套保护装置.1)带电气联锁接点的触发球保护装置.其保护原理是:在产生过电压的条件形成(如DQ与H

11、Q同时动作)时,保护装置就立刻动作,把可以产生过电压的能量迅速释放掉,无法形成过电压,使未受过电压侵入.而在DQ正常动作时,保护球BQ不动作,因为此时受操作的电气联锁接点BJ已经闭合,触发极被短接.触发BQ的能量取自,而BQ能否动作,则决定于BJ的状态(开或闭).2)由过电压引燃充氮间隙去触发点火球的保护装置.其工作原理是利用过电压本身(在的承受范围内)来触发保护球动作,具体线路参数的设计和结构选型已有专文论述,此处从略.这两套保护装置是并联使用,即采取双重保护的形式,前者作为主保护,后者作为后备保护.由于脉冲电容器承受过电压的能力很差,一般允许的过电压倍数为1.2倍左右,通常的氧化锌避雷器的

12、保护比是不能满足这个要求的,故不能采用氧化锌避雷器来保护本试验线路中的.2变频补偿试验方法的提出及实施2.1变频补偿试验的原理和线路如图2所示的试验回路的工作原理是:采用短接,J的方法来改变(提高)j的频率(在标准规定的公差范围内),由于ocf,从而达到补偿电流衰减的目的.图2中起短接作用的点火球DQ采用图1中的补偿回路点火球DQ,点火时刻要求相同,即控制一种采用变频技术来补偿开断电流衰减的试验回路在j过零点附近(100uS)点火贯通.该回路原理要求:2与j1大致相等,又fl11ms,f29ms,即频率由的46Hz变为的54Hz,若不计回路衰减,补偿度可达20%左右.:a)变频补偿试验的原理图

13、匿同路一一b)贼补偿试验的电流波形HK一合闸开关Do一短接的点火球图2变频补偿试验的原理图及电流波形2.2变频补偿试验方法的具体实施从图2可见,由于半波频率的降低,为了获得不小于原来数值的短路电流,则应把原补偿回路并入主电流回路,起投入运行.另外,还需要2台其电感值较小,约为总电感值的16%,由于是多支路并联接线,故通过每一个支路的电流不大,但要通过全部短路电流,故要求有足够大的动稳定电流.实际运行时仍可采用与上相同的电感器,按2台多线圈并联的接线方式运行则可,当然也可以订购专用的非标准电感器.又为了尽量减小回路的衰减,不能采用合闸球而只能使用合闸开关来接通电流.电感值应在一定范围内可调节.2

14、.3关于补偿度的估算(适用于真空及sF开关)新补偿方法的采用是考虑到现在生产的开关产品是以真空和SF开关为主,它们的电弧电压均不高,引起的电流衰减不严重,当采用HK后,回路固有衰减不大于10%,故可满足合成试验标准对(熄弧半波)的要求.实际试验时,通常为保证试验方式T1OOS的开断电流为正公差,一般都控制在规定值的+5%左右,而标准又允许最后一个半波电流值不低于90%额定值,故此试验方法实际允许的电流衰减(包括回路及电弧电压引起的)可达30%(即5%+15l0%),其中5%为预留的正公差,15%为变频电工电._【(2009No.11)补偿度,10%为标准允许的最低要求值.所以,该试验回路的适用

15、范围是较宽的,(以该次合成试验有效为评判准则)能满足中高压真空和SF开关进行自身合成试验(包括研究性试验和允许进行单分的部分型式试验)的要求.两种补偿方法的比较及评价评价两种试验回路的优劣,主要看4个方面.1)经济性:前者采用增加补偿回路的方法就是另外投运一个单频振荡回路,其主回路设备和:二次控制电路以及点火球等都需单独的一套,同时还要增加若干操作程序,总之使振荡刚路自身合成试验变得较为复杂,设备及运行维护投资增加不少.而后者采用变频补偿方法,则可大大节省投资及减轻工作量,从而可以提高试验效率和成功率,囚后者不用补偿回路及其充电装置,可使试验线路简化,减少操作,也不会产生过电压,故可将相当繁琐

16、的两套过电压保护装置取消,其优越性是不言而喻的.2)安全性:采用补偿回路法的安全性较差,容易发生补偿回路电容器被过电压击穿的事故,正如前所述,当某种原因引起主电流回路与补偿回路反极性串联振荡时,就会在上产牛较高的过电压,从而损坏,严重时会导致电容器爆炸起火,实践表明,在西高所原振荡回路试验系统被损坏的电容器中,大部分都是这个因素造成的.相比较,采用变频补偿方法是不会产生过电压的,这大大提高了试验回路运行的安全可靠性.3)适用性:增加补偿回路法的补偿度调节范围较宽,可达到3O%以上,适合电弧电压较高(如少油断路器)的工况,例如本人曾独创采用过补偿的试验方法来做超高压断路器的并联开断合成试验.由于

17、目前电力系统中运行的断路器主要是真空(中压等级)IJSF(高压及以上等级)断路器,其电弧电压均不高,只有几十伏至几百伏,电弧电压导致的电流衰减不大,再加上试验回路引起的衰减,一般不超过20%,故完全可以采用变频补偿方法来补偿这一衰减.4)等价性:只要控制开断电流频率在新标准要求范围内(4654Hz),则电弧能量是等价的,由于是最后半波电流频率变高,故相应的电流零点时(下转第42页)一3l一电工电气(2009No.11)电力系统电压互感器铁磁谐振原因分析及治理措施压器,消弧线圈接地方式,该系统零序回路的电感参数将主要由接地变压器,消弧线圈的零序阻抗决定.而零序阻抗远小于PT的励磁阻抗,相对地稳住

18、了系统中性点电位,即使PT励磁阻抗发生突变,也不会出现铁磁谐振2.4在电压互感器开口三角端子上或在一次线圈中性点上接入适当阻尼电阻这种方法是消除铁磁谐振最简单最有效的措施,这种办法在工业化应用方面得到了很大的发展,其方法多种多样,具体有以下几种.2.4.1PT中性点经消谐器和小电阻接地中性点串入的电阻等价于每相对地接入电阻,能够起到消耗能量,阻尼和抑制谐波的作用.在线路单相接地时,由于中性点对地带有一定电位,故能相应减少非故障相PT绕组的电压,使PT的饱和程度降低,不至于发生铁磁谐振.但是电阻的接入使PT开口三角绕组输出电压相应降低,会影响接地指示装置的灵敏性.除了要考虑6%(PT阻抗)外,还

19、要考虑电阻的热容量.当直接采用线性电阻时,往往由于电阻元件的容量及绝缘水平选择不当,使引线烧断,电阻烧毁,沿面闪络等.若采用RIO一10型消谐器,其内部由SiC非线性电阻片与线性电阻(67kQ)串接,在低压时呈高阻值,使谐振在初始阶段不易发展起来.在线路出现较长时间单相接地时,消谐器上将出现千余伏电压,电阻下降至稍大于67kQ,使其不至于影响接地指示装置的灵敏度,同时非线性电阻片的热容量相当大,可满足放电电流的要求.2.4.2在PT开口三角绕组接电阻由于电阻接在开口三角绕组两端,必然会导致一次侧电流增大,也就是说PT的容量要相应增大.从抑制谐波方面考虑,值越小,效果越显着,但PT的过载现象越严重,在谐振或单相接地时间过长时甚至会导致保险丝熔断或PT烧毁.一般来说接入10kVPT开口三角绕组的电阻取16.533Q.2.4.3PT中性点串单相PT在中性点串单相PT这种装置,在线路单相接地时能够使PT各相绕组