合成试验非对称短路开断高压点火位置的确定

姜楠 赵靖波 孙志新

(辽宁高压电器产品质量检测有限公司,辽宁沈阳 110000)

合成试验非对称短路开断高压点火位置的确定

姜楠 赵靖波 孙志新

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本文通过对单相合成试验非对称短路开断试验进行分析,结合标准要求阐述了编制程序快速确定高压点火位置的方法,为试验提供了重要参考依据,大大提高了试验效率。

合成试验 电流引入法

1 单相合成试验非对称短路开断试验的概述

合成试验简单的说就是电流从一个电源获得，而恢复电压从另一个电源获得的试验。单相合成试验电流引入法的简化试验线路图如图1所示。试验过程中由变压器T提供的短路大电流通过合闸开关MS合闸后流经试品St，在电流过零前的短时间内，高压点火球Gh启动。使已充电的电容器组Cn，按照Ch与Lh所构成的回路向试品放电来提供试品开断时的恢复电压。

短路电流可用下式表示，即

高压断路器合成试验标准中对试验方式T100a(即非对称的短路试验方式)，非对称的判据要求最后电流半波的幅值和最后电流半波的持续时间等满足合成试验标准。不同的试品最短分闸时间也对应着不同的要求。也正是由于熄弧半波峰值和半波持续时间的不确定性，也使高压点火位置的控制变得复杂，开发出一种针对不同试验要求而自动合理的施加合成电压源即高压点火位置的方法对于提高试验效率节约试验成本尤为重要。

图1

图2

2 高压点火位置的确定

电流引入法是合成试验最常用的试验方法。电压源提供幅值较小频率较高的电流，电流的叠加发生在工频短路电流零点稍前，这时，高频振荡电流ih叠加到同极性的工频短路电流i上，构成被试断路器中的合成电流ip。在辅助断路器将工频短路电流i开断后，被试断路器仅与电压源相连，仅有ih流过。电压源还在电流开断后为被试断路器提供恢复电压。图2为电流引入时刻波形图，Th为引入电流的周期。Gh为高压点火球隙，点火球隙点火即使高频电流引入，ih与i叠加成ip。由图2可以看出，th为辅助断路器将短路电流i切断后，仅有引入电流所提供的燃弧时间，称为单独作用时间。合成试验标准要求单独作用时间大于200us小于500us，如th大于500us则试验无效，小于200us则试品开断条件过于苛刻。所以关键在于控制高压点火球隙点火的时刻。

图3

试验中，点火球隙的点火是由程序控制器发出的高压点火脉冲触发的。程序控制器点火的原理是利用传感器把测得的短路电流波形转变为峰值为2V的电压波形，程序预先由人为置入一个小于2V的比较电平V。当离实际开断点还有5ms时高压点火信号开锁，当检测到的信号电压与预先置入的比较电平一至时，程序控制器发出点火脉冲。经过一段时延id后，高频电流真正引入到短路电流。时延id是由程序控制器内部计算和高压点火球隙击穿时间等造成的，因为同一试验方式中点火球隙的距离是相同的，所以时延也是固定不变的，而且此时延可在正式短路试验开始前通过打短接测得。标准给出的是对th要求，而对于控制人员来说关键置入一个合适的比较电平。由图2不难理解，这个比较电平V等于短路电流i零点前时刻的电流值通过传感器转变后所对应电压值。当Th固定时，对于短路电流是对称的即无直流分量的短路开断试验，这一时刻对应的电压V是不变的。但是对于非对称的短路电流开断试验这个电压值随着合闸偏移量导致直流分量的变化而变化。而且这个值通过人为计算非常繁琐，以往的试验中输入的这个比较电平是一个积累的经验值，但是一旦线路改变即Th改变，或是需要改变和以往不同的合闸偏移量时得出的单独作用th就不一定都能满足标准要求，容易造成无效试验。而采用计算机编程自动计算能很好的解决这个问题。首先建立短路电流的数学即公式1。合闸偏移量、短路时间、引入高频电流的频率以及线路的时间常数都可转换成式中的常量及变量。根据标准对所需检测断路器的要求，用所编写的程序反算出满足条件的短路合闸相位及短路半波数。由此，我们就在试验前预知了实际满足短路条件的波形及其数学模型。再在计算软件中令这个短路电流峰值为2V。在熄弧时刻减去我们之前推算出的时间，就得出了程序控制器应该发出高压点火脉冲的时刻。在数学模型中这一时刻的电压值就是我们想要得到的比较电平V。高压点火位置由此确定完毕。

3 试验论证及结论

本方法和由本方法编制的计算软件已用电路仿真软件ORcad进行仿真验证。在同电流同相位的试验参数下ORcad仿真得出的结果与本软件得出的数据相差不足1%。这点误差对试验影响非常小，所以此软件对试验有指导意义。图3是由此软件成功指导的额定电压40.5kV额定短路开断电流31.5kA断路器在T100a试验方式下大半波试验的短路电流开断位置的示波图。很好的满足了标准对合成试验高压源单独作用时间的要求。同时，利用同样的方法还可以对单相短路试验延弧点火位置进行准确的判定，由于判断的依据和高压点火位置的确定很相似，都是先确定数学模型再根据理论零点反推点火脉冲发出时刻，所以在此不再详加阐述。这款软件的编写成功为为本单位合成检验室的单相合成试验，特别是非对称短路开断试验的进行提供的很大的方便。不仅可以快速的指导控制人员正确的选择合闸相位、短路半波、高压点火位置、燃弧时间等，还能直观的显示试验预期波形，提高了试验成功效率节约了试验成本。

[1]标准:高压交流断路器 GB1984-2003.

[2]标准:高压交流断路器合成试验 GB/T 4473-2008.