第13章-高壓斷路器的試驗(yàn)

第13章開關(guān)電器的

試驗(yàn)技術(shù)概述

高壓斷路器性能試驗(yàn)的目的是為了考核、研究斷路器的各種性能，檢驗(yàn)滅弧室及其它部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝和材料選擇是否正確合理。對(duì)于高壓斷路器最重要的功能即開斷短路電流這種現(xiàn)象來說．由于開斷過程牽涉到的問題極為復(fù)雜、對(duì)熄弧機(jī)理和電弧理論的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于實(shí)際的需要，目前還不能完全依靠理論分析和定量計(jì)算的方法設(shè)計(jì)出符合各項(xiàng)開斷性能和其它要求的開關(guān)設(shè)備，很多問題都必須通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。試驗(yàn)項(xiàng)目名稱機(jī)械性能方面：機(jī)械操作試驗(yàn)、運(yùn)動(dòng)特性試驗(yàn)、密封試驗(yàn)、防雨試驗(yàn)、破冰試驗(yàn)、耐寒試驗(yàn)、耐地震試驗(yàn)、機(jī)械壽命試驗(yàn)等。載流性能方面：長期發(fā)熱試驗(yàn)、回路電阻測量、短時(shí)耐受電流試驗(yàn)、峰值耐受電流試驗(yàn)。

開斷與關(guān)合性能方面：短路開斷與關(guān)合能力試驗(yàn)、失步開斷與關(guān)合試驗(yàn)、小電感電流開斷與關(guān)合試驗(yàn)、空載長線開斷與關(guān)合試驗(yàn)、電容器組開斷與關(guān)合試驗(yàn)，近區(qū)故障開斷試驗(yàn)等。絕緣性能方面：有工頻耐受電壓試驗(yàn)、沖擊耐受電壓試驗(yàn)、絕緣電阻測量、泄漏電流試驗(yàn)、介質(zhì)損耗角正切值測量等。特殊環(huán)境適應(yīng)性方面：濕熱帶氣候條件試驗(yàn)、高原氣候條件試驗(yàn)、污穢試驗(yàn)等。高壓斷路器的試驗(yàn)分類研究性試驗(yàn)：在產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造前所進(jìn)行的必要試驗(yàn)，以確定設(shè)計(jì)的依據(jù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，特別是對(duì)滅弧系統(tǒng)。

產(chǎn)品試驗(yàn)型式試驗(yàn)：對(duì)高壓斷路器作性能、質(zhì)量等方面的全面的研究和考核。參考性試驗(yàn)：型式試驗(yàn)以外的性能驗(yàn)證試驗(yàn)。試運(yùn)行試驗(yàn)：產(chǎn)品經(jīng)過一段時(shí)期的工業(yè)實(shí)際運(yùn)行的考核。出廠試驗(yàn)：保證產(chǎn)品的可靠性，對(duì)每一臺(tái)產(chǎn)品都進(jìn)行。

預(yù)防性試驗(yàn)：高壓斷路器在運(yùn)行過程中所需進(jìn)行的試驗(yàn)。型式試驗(yàn)項(xiàng)目(1)絕緣試驗(yàn)，包括工頻耐壓試驗(yàn)，雷電沖擊耐壓試驗(yàn)，操作沖擊耐壓試驗(yàn)，人工污穢試驗(yàn)，局部放電測試，輔助回路和控制回路的工頻耐壓試驗(yàn)。(2)機(jī)械試驗(yàn)，包括機(jī)械特性試驗(yàn)，機(jī)械操作穩(wěn)定性試驗(yàn)(常溫下)，端子靜拉力試驗(yàn)。(3)主回路電阻測量。(4)溫升試驗(yàn)(長期工作時(shí)的發(fā)熱試驗(yàn))。

（5)短時(shí)耐受電流試驗(yàn)和峰值耐受電流試驗(yàn)(熱穩(wěn)定試驗(yàn)及動(dòng)穩(wěn)定試驗(yàn))。(6)端部短路條件下的開斷與關(guān)合試驗(yàn)。(7)其他條件下的開斷與關(guān)合試驗(yàn)，包括近區(qū)故障條件下的開合試驗(yàn)，失步條件下的開合試驗(yàn)，異相接地條件下的開合試驗(yàn)，額定短路開斷電流下的連續(xù)開斷能力試驗(yàn)(電壽命試驗(yàn))，臨界電流的開合試驗(yàn)。(8)容性電流開合試驗(yàn)，包括線路充電電流的開合試驗(yàn)，電纜充電電流的開合試驗(yàn)，單組電容器的開合試驗(yàn)，背對(duì)背電容器組開合試驗(yàn)。

(9)小電感電流的開合試驗(yàn)，包括開合并聯(lián)電抗器的試驗(yàn)，電動(dòng)機(jī)的開合試驗(yàn)(空載、起動(dòng)時(shí))，開斷空載變壓器的試驗(yàn)。(10)無線電干擾電平測試。(11)環(huán)境條件下的試驗(yàn)，包括高、低溫試驗(yàn)，濕度試驗(yàn)，淋雨試驗(yàn)，覆冰條件下的試驗(yàn)，密封試驗(yàn)，地震考核，噪聲水平測定。開斷能力試驗(yàn)一、開斷能力試驗(yàn)的條件二、開斷能力試驗(yàn)的方法1.電源電壓（工頻恢復(fù)電壓）

試驗(yàn)回路的工頻恢復(fù)電壓應(yīng)不小于規(guī)定值的95%，并應(yīng)至少維持0.1s。

在發(fā)電機(jī)試驗(yàn)站中，為了獲得所要求的工頻恢復(fù)電壓值，在短路期間內(nèi)，可以暫時(shí)地增強(qiáng)試驗(yàn)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁。

對(duì)于規(guī)定的基本短路試驗(yàn)方式，工頻恢復(fù)電壓在上述的95%最低值的條件下，應(yīng)遵循以下規(guī)定：

a)對(duì)于在三極斷路器上進(jìn)行三相試驗(yàn)，工頻恢復(fù)電壓的平均值應(yīng)等于斷路器的額定電壓除以3。任何一極的工頻恢復(fù)電壓與電壓保持時(shí)間終了時(shí)刻的電壓平均值的偏差不超過20%。

b)對(duì)于在三極斷路器上進(jìn)行單相試驗(yàn)，其工頻恢復(fù)電壓應(yīng)等于相對(duì)地電壓值與首開極因數(shù)(1.3或1.5)的乘積；經(jīng)過額定頻率一個(gè)周波的間隔后，工頻恢復(fù)電壓可以降低到。

c)對(duì)于單極斷路器，其工頻恢復(fù)電壓應(yīng)等于斷路器的額定電壓U。 工頻恢復(fù)電壓應(yīng)在試驗(yàn)回路每相中斷路器的端子上進(jìn)行測量。其有效值應(yīng)在示波圖上在電弧最終熄滅以后試驗(yàn)頻率的半個(gè)周波和一個(gè)周波之間的時(shí)間間隔內(nèi)確定，見圖。應(yīng)量出從第二半波的波峰至其前一半波與其后一半波的兩波峰間的連線間的垂直距離(分別為U1、U2和U3)，將此值除以再乘以合適的標(biāo)度，即為所記錄的工頻恢復(fù)電壓有效值。2.瞬態(tài)恢復(fù)電壓瞬態(tài)恢復(fù)電壓波形因?qū)嶋H回路的布置不同而異。在某些情況下，特別是電壓高于100kV的系統(tǒng)中，短路電流相對(duì)于所考慮點(diǎn)的最大短路電流而言是比較大的，瞬態(tài)恢復(fù)電壓包括一個(gè)高上升率的起始階段，繼之而來的后一階段上升率比較低。這種波形一般適宜于用四參數(shù)法確定的三條線段所組成的包絡(luò)線來表示。在另外一些情況下，特別是在電壓低于100kV的系統(tǒng)中，或系統(tǒng)電壓雖高于100kV而短路電流相對(duì)較小且經(jīng)變壓器供電的條件下，瞬態(tài)恢復(fù)電壓接近于一種阻尼的單頻振蕩波，這種波形適宜用于兩參數(shù)確定的兩條線段所組成的包絡(luò)線來表示。3.開斷電流中的直流分量4.開斷的電流（基本的短路試驗(yàn)方式）基本的短路試驗(yàn)系列應(yīng)包括如下規(guī)定的試驗(yàn)方式T10、T30、T60、T100s、T100a。

開斷電流可以偏離規(guī)定值，對(duì)試驗(yàn)方式T10、T30要求不大于規(guī)定值的20%，對(duì)試驗(yàn)方式T60要求不大于10%。在試驗(yàn)方式T100s、T100a的開斷試驗(yàn)中，其短路開斷電流峰值應(yīng)不超過斷路器額定短路關(guān)合電流的110%。為了試驗(yàn)方便，在試驗(yàn)方式T10、T30、T60中，允許在開斷操作之前省去關(guān)合操作。在試驗(yàn)中各次開斷操作之間的時(shí)間間隔與其額定操作順序相同。試驗(yàn)方式T10

試驗(yàn)方式T10由額定操作順序組成，在規(guī)定的瞬態(tài)和工頻恢復(fù)電壓下開斷10%的額定短路開斷電流，其直流分量小于20%。

試驗(yàn)方式T30

試驗(yàn)方式T30由額定操作順序組成，是在規(guī)定的瞬態(tài)和工頻恢復(fù)電壓下，開斷30%的額定短路開斷電流，其直流分量小于20%。

試驗(yàn)方式T60

試驗(yàn)方式T60由額定操作順序組成，是在規(guī)定的瞬態(tài)和工頻恢復(fù)電壓下，開斷60%的額定短路開斷電流，其直流分量小于20%。試驗(yàn)方式T100s

試驗(yàn)方式T100s由額定操作順序組成，其試驗(yàn)參數(shù)是：規(guī)定的100%額定短路開斷電流，規(guī)定的瞬態(tài)和工頻恢復(fù)電壓，規(guī)定的額定短路關(guān)合電流和規(guī)定的外施電壓。其直流分量應(yīng)不超過20%。當(dāng)對(duì)三極斷路器的一極進(jìn)行單相試驗(yàn)時(shí)，或者當(dāng)試驗(yàn)設(shè)備的特性不可能在規(guī)定的外施電壓極限、規(guī)定的關(guān)合電流、規(guī)定的開斷電流和和規(guī)定的瞬態(tài)和工頻恢復(fù)電壓下進(jìn)行試驗(yàn)方式T100s時(shí)，，可將試驗(yàn)方式T100s中的關(guān)合和開斷試驗(yàn)按下列方式分開進(jìn)行：

試驗(yàn)方式T100a

試驗(yàn)方式T100a僅適用于時(shí)間間隔等于制造廠規(guī)定的斷路器的最短分閘時(shí)間加額定頻率的半個(gè)周波，觸頭剛分離瞬間的直流分量大于20％的斷路器。試驗(yàn)方式T100a由三個(gè)分閘操作組成，各次開斷之間間隔3min。其試驗(yàn)參數(shù)是：100%額定短路開斷電流，其直流分量百分?jǐn)?shù)等于規(guī)定的合適的額定值；以及規(guī)定的瞬態(tài)和工頻恢復(fù)電壓。5.功率因數(shù)功率因數(shù)多相回路的功率因數(shù)應(yīng)取為各相功率因數(shù)的平均值。試驗(yàn)時(shí)，此平均值應(yīng)不超過0.15。任意一相的功率因數(shù)與功率因數(shù)的平均值的差別不應(yīng)超出平均值的25%。開斷能力試驗(yàn)裝置斷路器進(jìn)行短路開斷與關(guān)合試驗(yàn)時(shí)必須要有大功率的電源，即在短時(shí)間內(nèi)能提供相當(dāng)于電力系統(tǒng)短路時(shí)那樣大的短路電流。試驗(yàn)時(shí)外加的電壓和電流可以全部取自一個(gè)單獨(dú)的電源，如電網(wǎng)、短路發(fā)電機(jī)和振蕩回路；也可分別取自兩個(gè)電源，其中一個(gè)供給電流、另一個(gè)供給電壓的合成試驗(yàn)回路。網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)與網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)站 利用電網(wǎng)可直接對(duì)斷路器進(jìn)行短路電流開斷與關(guān)合試驗(yàn)或其它試驗(yàn)，通常稱為網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)或現(xiàn)場試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)把被試斷路器接在電網(wǎng)上。人為地造成短路故障，進(jìn)行斷路器的短路開斷與關(guān)合試驗(yàn)。優(yōu)點(diǎn)是不需要專門投資，又可進(jìn)行三相試驗(yàn)，但缺點(diǎn)很多。

（1）試驗(yàn)電流受到電網(wǎng)短路容量的限制。

(2)瞬態(tài)恢復(fù)電壓不易改變和調(diào)整。

(3)每進(jìn)行一次短路開斷試驗(yàn)意味著電網(wǎng)發(fā)生一次短路故障，這樣不僅對(duì)電力用戶造成不良影響，而且電網(wǎng)中電器設(shè)備經(jīng)常受到短路電流的沖擊也是不容許的。因此短路開斷試驗(yàn)的次數(shù)和開斷電流往往受到很大的限制。為克服網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)的部分缺點(diǎn)，常常在電力系統(tǒng)的樞紐——變電所附近建立專供短路開斷與關(guān)合試驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)站。短路發(fā)電機(jī)試驗(yàn)的兩種操作方法

(1)突然短路啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)M和勵(lì)磁機(jī)R，使短路發(fā)電機(jī)G的轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值；調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)電壓達(dá)到額定值。然后將電動(dòng)機(jī)的電源切除，同時(shí)使合閘斷路器接通試驗(yàn)電路，并使被試斷路器開斷，進(jìn)行短路電流開斷試驗(yàn)。利用發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和飛輪的巨大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，保證試驗(yàn)中發(fā)電機(jī)電壓與轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定。

(2)沖擊勵(lì)滋試驗(yàn)前利用合閘斷路器先將試驗(yàn)電路與短路發(fā)電機(jī)接通，然后啟動(dòng)發(fā)電機(jī)與勵(lì)磁機(jī)。當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值時(shí)突然加上沖擊勵(lì)磁電流，這時(shí)發(fā)電機(jī)的電壓與短路電流由零開始急速上升，待增加到所需值時(shí)令被試斷路器開斷，進(jìn)行短路電流開斷試驗(yàn)。與此同時(shí)，由于沖擊勵(lì)磁電流常達(dá)到正常勵(lì)磁電流的十幾倍，所以必須迅速去磁，否則發(fā)電機(jī)電壓過高會(huì)使繞組絕緣受到損壞。利用短路發(fā)電機(jī)可以進(jìn)行三相短路電流的開斷試驗(yàn)，它的等價(jià)性好，運(yùn)行方式比較靈活。參數(shù)易于調(diào)節(jié)．試驗(yàn)次數(shù)與時(shí)間不受限制；還可進(jìn)行自動(dòng)重合閘試驗(yàn)，動(dòng)、熱穩(wěn)定試驗(yàn)，近區(qū)故障試驗(yàn)以及其它開斷試驗(yàn)等。這些優(yōu)點(diǎn)是其它試驗(yàn)裝置不能具備的。但建立一個(gè)裝備有短路發(fā)電機(jī)的試驗(yàn)室，投資是很大的。遠(yuǎn)行維護(hù)的工作量也很大，操作也很復(fù)雜。而且用作直接試驗(yàn)時(shí)，容量仍然受到一定的限制。因此短路發(fā)電機(jī)也常常作為合成試驗(yàn)中的電流回路使用。振蕩回路中，電感線圈有一定電阻．被試斷路器開斷后還將有電弧電阻。因此放電過程中電流與電容電壓不再是等幅的正弦變化，而且幅值不斷衰減的振蕩波形。通常情況下，衰減主要由電弧電阻引起。當(dāng)斷路器的燃弧時(shí)間較長，電弧電壓較高時(shí)，電流的衰減較大，將影響試驗(yàn)的等價(jià)性。振蕩回路試驗(yàn)裝置設(shè)備簡單、投資少、運(yùn)行方式比較靈活，適宜對(duì)電弧電壓低、燃弧時(shí)間短的斷路器進(jìn)行研究性試驗(yàn)，即使斷路器開斷失敗也不會(huì)造成斷路器的嚴(yán)重?fù)p壞。缺點(diǎn)是只能對(duì)被試斷路器進(jìn)行單相、單分試驗(yàn)。對(duì)于電弧電壓高、燃弧時(shí)間長的油斷路器，試驗(yàn)等價(jià)件差，不宜在振蕩回路進(jìn)行試驗(yàn)。合成試驗(yàn)回路 隨著斷路器制造水平的不斷提高，斷路器開斷短路電流的能力日益增大。使用網(wǎng)絡(luò)、短路發(fā)電機(jī)和振蕩回路來進(jìn)行大容量斷路器的開斷能力試驗(yàn)相當(dāng)困難，而且也很不經(jīng)濟(jì)。因此，多年來各國都在研究比較經(jīng)濟(jì)有效的合成試驗(yàn)方法。

(1)在電流過零電弧熄滅前，電弧電壓很低。因此只需要一套電壓較低的電源即能提供所需的電流。

(2)在電流過零前后，電流很?。謴?fù)電壓很高。因此只需要一套電流很小、電壓很高的小容量的高電壓電源。由于上述兩個(gè)特點(diǎn)，進(jìn)行短路電流開斷試驗(yàn)時(shí)就有可能采用兩套獨(dú)立的電源：低電壓大電流電源（簡稱電流源）及高電壓小電流電源（簡稱電壓源），來代替原來單獨(dú)的高電壓、大電流電源。這樣的試驗(yàn)方法稱為合成試驗(yàn)，試驗(yàn)回路稱為合成試驗(yàn)回路，簡稱合成回路。合成回路的電流源可以是短路發(fā)電機(jī)或振蕩回路，也可以直接利用電網(wǎng)，而電壓源一般都采用振蕩回路。合成回路雖然需要兩變電源，但每套電源的容量都較小，總的設(shè)備投資比直接試驗(yàn)小得多，等價(jià)性也得到公認(rèn)?，F(xiàn)在國內(nèi)外對(duì)于額定短路開斷電流很大的高壓斷路器進(jìn)行開斷能力試驗(yàn)時(shí)．毫無例外地都采用合成試驗(yàn)。合成回路種類很多，通?？煞譃閮纱箢悾?/p>

(1)電壓引入回路。電流源提供電流過零前的大電流以及電流剛過零時(shí)的恢復(fù)電壓；電壓源緊接著提供高的恢復(fù)電壓。

(2)電流引入回路。電流源提供電流過零前的大電流，電壓源在電流過零前就己作用在放試斷路器上，電壓源也提供一部分電流與電流源電流疊加征一起。電流過零時(shí)，電壓源提供的恢復(fù)電壓立即自動(dòng)作用在斷路器上。一般認(rèn)為，電流過零前幾百微秒時(shí)，電弧電阻很大。由于電流源的電壓低，電流難以保持正弦形狀會(huì)出現(xiàn)一定的畸變。因此，只有在電流過零前幾百微秒時(shí)讓電壓源投入工作才能保證被試斷路的電弧過程與實(shí)際電網(wǎng)中的