直流断路器的试验方法与流程

本发明的实施方式涉及一种用于验证直流断路器的切断性能的试验方法。

背景技术：

为了进行在交流电力系统的由于雷击等导致的短路事故中的系统保护，使用有大容量的交流断路器。在该交流断路器的切断试验法中，已知有一种被叫做合成试验法的试验方法(例如，参照非专利文献1)。使用对成为试验对象的交流断路器分别并联连接电流源电路和电压源电路而成的试验装置，来进行该合成试验法，所述电流源电路供给与事故电流相当的短路电流，所述电压源电路用于供给高频电流并施加恢复电压。

具体而言，按照以下的(1)～(4)的顺序进行交流断路器的切断试验。

(1)从电流源电路向交流断路器供给与事故电流相当的交流短路电流。

(2)在即将达到该短路电流的最终零值之前，从电压源电路供给高频电流，从电流源电路和电压源电路这两个电路向交流断路器流过重叠电流。

(3)在短路电流成为最终零值的时刻，将电流源电路从交流断路器切断。

(4)之后，由交流断路器切断高频电流，使该交流断路器的端子间产生恢复电压。

此外，为了针对直流系统的短路事故进行系统保护，使用直流断路器。直流断路器对由短路等产生的事故电流进行切断。为了可靠地进行这种系统保护，要求直流断路器根据所使用的直流系统而具有规定的切断性能。

作为直流断路器的切断试验方法，有一种通过整流器将来自交流的短路发电机的短路事故电流整流成直流电流从而供给模拟了直流系统事故的短路时的事故电流的方法。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：(日本)电气学会电气规格调查会标准规格交流断路器jec-2300-1998

技术实现要素：

发明所要解决的问题

但是，近年来，直流断路器的大容量化不断发展。因此，在以前的使用整流器的试验方法中，必须设置大容量的整流器，存在试验设备大型化或设备的引入需要巨大的投资的问题。另外，在使用大容量整流器的试验方法中，试验效率方面存在问题。因此，难以采用以前的使用整流器的试验方法，需要谋求其他的试验方法。

关于这点，考虑在直流断路器的切断性能试验中使用在交流断路器的合成试验法中所使用的试验装置。但是，该情况下无法按照上述那样的顺序来进行切断性能试验。即，在上述合成试验法中，无法对直流断路器给予与直流系统事故相当的电流和电压这两者，从而无法验证直流断路器的切断性能。

本发明的实施方式涉及的直流断路器的试验方法是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种验证直流断路器的切断性能的直流断路器的试验方法。

用于解决问题的手段

为了达到上述目的，本实施方式的直流断路器的试验方法用于使用具备电流源电路和电压源电路的试验装置来验证切断性能，其特征在于，至少从所述电流源电路向所述直流断路器供给交流的电流，在所述电流成为与直流系统的系统事故所产生的事故电流相当的电流的时刻，由所述直流断路器切断所述电流，通过在进行所述切断之前将所述电压源电路连接在所述直流断路器上，对所述直流断路器施加电压，并与进行所述切断同时地从所述电压源电路施加恢复电压。

此外，本实施方式的直流断路器的试验方法用于使用具备电流源电路和电压源电路的试验装置来验证切断性能，其特征在于，从所述电流源电路向所述直流断路器供给与直流系统的系统事故所产生的事故电流相当的电流，由所述直流断路器切断该电流，并从所述电流源电路对所述直流断路器施加恢复电压，在所述电流源电路到所述直流断路器的连接持续并且所述恢复电压被施加的期间，从所述电压源电路对所述直流断路器施加直流电压。

附图说明

图1是示出第一实施方式涉及的直流断路器的试验装置的结构的电路图。

图2是进行第一试验方法的短路电流切断的过程中的电流波形图。

图3是进行第一试验方法的短路电流切断的过程中的电压波形图。

图4是示出在第二试验方法中使用的直流断路器的试验装置的结构的电路图。

图5是进行第二试验方法的短路电流切断的过程中的电流波形图。

图6是进行第二试验方法的短路电流切断的过程中的电压波形图。

具体实施方式

[1.第一实施方式]

[1－1.整体结构]

以下，参照图1～图3的同时对本实施方式涉及的直流断路器的试验方法以及在该试验方法中使用的试验装置进行说明。图1是示出本实施方式涉及的直流断路器的试验装置的结构的电路图。

直流断路器的试验装置是对成为试验对象的直流断路器1的直流电流的切断性能进行试验的装置。本实施方式涉及的直流断路器的试验装置具有与在以前的交流断路器的切断试验中所使用的合成试验电路同样的结构。即，在本实施方式中，将设置于合成试验电路中的交流断路器置换成直流断路器，使用该合成试验电路验证直流断路器的切断性能。具体而言，本试验装置为了模拟直流系统的事故发生，具备后述的两个电源电路。作为直流系统，例举有例如长距离输电或电力公司间等的直流输电系统、大楼或大型商业设施等的直流配电、电气铁路等的直流系统等。

直流断路器1是切断在直流断路器1内流过的直流电流的断路器。直流断路器1具备切断部101和能量吸收部102。切断部101和能量吸收部102并联设置。

切断部101是对在电路中流动的电流进行切断/接通的开关。作为切断部101，其结构包括使用了半导体的半导体切断部。除半导体切断部以外，该切断部101也可以包括以机械方式进行切断/接通的机械式切断部。

能量吸收部102是所谓的电涌吸收器(以下也称为电涌吸收器102)。电涌吸收器102吸收被施加在电涌吸收器102上的瞬态高电压的能量。电涌吸收器102限制切断部101进行切断后的电压的大小。

与直流断路器1并联连接两个不同的电源电路。即，本实施方式涉及的试验装置具备对直流断路器1供给交流电流的电流源电路a和对直流断路器1施加恢复电压的电压源电路b，这些电路a、b相对于直流断路器1并联连接。

[1－2.详细结构]

(电流源电路)

电流源电路a对直流断路器1供给交流电流。电流源电路a的结构包括短路发电机2、保护断路器3、接通开关4、电抗器5、电阻6、电容器7和辅助断路器8。

短路发电机2是产生短路电流的发电机。从短路发电机2产生的短路电流为交流电流。在短路发电机2中产生的短路电流经由电抗器5，对直流断路器1输出。

在短路发电机2和直流断路器1之间设置有保护断路器3和接通开关4。接通开关4是用于将短路发电机2连接在试验电路上的开关器，对短路发电机2相对于直流断路器1的连接与切断进行切换。保护断路器3是进行在电流源电路a中流动的交流的短路电流的切断的断路器。保护断路器3在该交流短路电流的电流零点进行切断。

另外，在电流源电路a中设置有辅助断路器8和电涌吸收部41。辅助断路器8与短路发电机2相连接，对作为试验对象的直流断路器1和短路发电机2之间的连接与切断进行切换。辅助断路器8例如是机械式断路器。辅助断路器8在电流源电路a中被设置在各设备中最靠直流断路器1的一侧。在辅助断路器8处于接通状态时，可以从短路发电机2向直流断路器1供给电流，在辅助断路器8处于切断状态时，电流源电路a从直流断路器1断离，电流不会被从短路发电机2供给到直流断路器1。

电涌吸收部41与辅助断路器8相连接，吸收在被辅助断路器8切断时产生的电涌。电涌吸收部41与前述的电阻6和电容器7串联连接，电容器7经由电阻6吸收电涌，使得容易进行辅助断路器8的切断。

(电压源电路)

电压源电路b对直流断路器1施加恢复电压。电压源电路b的结构包括电压源电容器10、充电装置9、起动开关11、电抗器12、电阻13和电容器14。

电压源电容器10是成为电压源电路b的电压源的直流电容器。在起动开关11为接通状态的情况下，电压源电容器10经由电抗器12对直流断路器1施加恢复电压。电压源电容器10具有对设置有直流断路器1的直流系统事故时的短路电流的一部分进行提供的容量。此外，关于恢复电压，也可以将其他电容器并用于瞬态恢复电压的调整。

充电装置9与电压源电容器10并联连接，是对电压源电容器10进行充电的装置。起动开关11是对来自电压源电容器10的电压施加的开与关进行切换的设备。

电压源电路b将电压源电容器10作为直流电压源，具备瞬态震荡电路(lcr电路)。即，对电压源电容器10串联连接电抗器12、电阻13和电容器14，构成瞬态震荡电路。该瞬态震荡电路对发生瞬转现象而施加到直流断路器1上的电压进行调整。因此，电压源电路b施加到直流断路器1上的恢复电压为高频电压。

电容器14是对电压源电容器10供给的电压进行调整的电压调整用电容器。在此，电容器14是与电压源电容器10并用来对直流系统事故时施加到直流断路器1上的电压进行调整的电容器。

[1－3.试验方法]

本实施方式的试验方法是用于验证包含有半导体断路器的直流断路器的、直流系统短路事故电流的切断性能的方法，分为下述两个试验方法来进行：(1)用于验证切断瞬时的切断性能的第一试验方法；(2)用于验证切断后的切断性能的第二试验方法。使用图2和图3，对切断瞬时的切断性能的试验方法进行说明。图2是进行第一试验方法的短路电流切断的过程中的电流波形图。图3是进行第一试验方法的短路电流切断的过程中的电压波形图。

(1)用于验证切断瞬时的切断性能的第一试验方法

假设在试验开始时，直流断路器1被连接在试验装置上，保护断路器3和辅助断路器8处于闭路状态，接通开关4和起动开关11处于开路状态，短路发电机1处于预先规定的电压下的励磁状态，电压源电容器10处于已被充电装置9充电到预先规定的电压的状态。

首先，如图3所示，在时刻a使接通开关4闭路，从短路发电机2向直流断路器1的切断部101供给交流电流。该交流电流在时刻a为0a，之后上升。该交流电流的大小由电抗器5调整。

接着，在时刻b接通起动开关11。该接通定时在短路发电机2供给的交流电流成为波峰值以前。即，只要达到交流电流的1/4周期即可。在本实施方式中，在接通起动开关11之前供给到切断部101的电流，是小于直流系统的系统事故所产生的事故电流的电流。

该起动开关11的接通定时只要在直流断路器1的切断部101进行的电流切断之前就可以，包括与该电流切断同时或者即将切断之前。在本实施方式中，起动开关11的接通定时比该电流切断还早。

在接通起动开关11时，频率由电压源电容器10和电抗器12决定的交流电流就被供给到切断部101。即，由于起动开关11的接通，电压源电路b被连接在直流断路器上，在来自短路发电机2的交流电流中重叠有来自电压源电路b的交流电流。如图2所示，该重叠后的电流15被供给到切断部101并上升。此外，通过在时刻b接通起动开关11，电压源电路b被连接在直流断路器1上，从而对直流断路器1施加电压。由于电压源电路b的主电源为电压源电容器10，因此，如图3所示，电压源电容器10的电压由于其放电而下降。

在成为重叠而成的电流15之后，在该电流15成为与事故电流相当的电流以上的时刻c，使切断部101和辅助断路器8开路进行电流截断，切断电流15。在本实施方式中，在达到与事故电流相当的电流的时刻切断电流15。

通过该切断，对直流断路器1的切断部101之间施加来自电压源电路b的瞬态恢复电压17，且电涌吸收器102吸收过电压，如图2所示，从电压源电容器10供给的电流成为电涌吸收器电流16而流到该电涌吸收器102。时刻c下的电压源电容器10的电压，是与直流系统事故引起的电流切断时施加到直流断路器1上的电压相当的电压或者该电压以上。

如以上所述，通过在向直流断路器1供给不够与事故电流相当的电流的阶段，在电流切断之前将电压源电路b连接到直流断路器1上，由此能对直流断路器1进行电流供给和电压施加这两方面。这样，能够在电流切断时对直流断路器1给予与直流系统事故所产生的事故电流相当的电流和与伴随着该事故所施加的电压相当的电压即规定的恢复电压，因此，能够验证直流断路器1切断时的切断性能。

[第一试验方法的变形例]

(1)在上述第一试验方法中，使启动开关11的接通定时比直流断路器1所进行的电流切断更早，使得在该切断之前将电压源电路b连接在直流断路器1上。但是只要在电流切断时将与事故电流相当的电流和与伴随着事故电流切断的电压相当的规定的恢复电压给予直流断路器1即可，也可以将电压源电路b到直流断路器1的连接定时设为与该切断同时。即使这样，也能够在电流切断时给予与事故电流相当的电流和与伴随着事故电流切断的电压相当的规定的恢复电压。

(2)在上述第一试验方法中，通过使两个电流源电路a、电压源电路b重叠，向直流断路器1供给与事故电流相当的电流，但也可以仅用电流源电路a进行供给。该情况下，电压源电路b到直流断路器1的连接与电流切断同时进行。

(3)在上述第一试验方法中，仅简单地将启动开关11的接通定时设为比直流断路器1进行的电流切断更早，但在如本实施方式这样地由电容器构成电压源电路b的电压源的情况下，也可以设为即将进行直流断路器1的电流切断之前。即，该情况下，如图3所示，电压源电路b的电压因为电容器放电而降低。因此，在比电流切断早很多的阶段接通启动开关11的情况下，存在无法在电流切断时施加规定的恢复电压的担忧。因此，将启动开关11的接通、即电压源电路b到直流断路器1的连接设为在即将进行电流切断之前。在此所说的即将进行电流切断之前是指，利用电压源电路b，在电流切断时能够将与伴随着事故电流切断的电压相当的规定的恢复电压施加到直流断路器1上的定时。

(2)用于验证切断后的切断性能的第二试验方法

下面，对第二试验方法、即用于验证与事故电流相当的电流切断后的直流断路器1的切断性能的试验方法进行说明。图4是图1所示的试验装置中去除电压源电路b的电抗器12和电容器14后的试验装置的电路图。在第二试验方法中使用该试验装置。由于电压源电路b中去除了电抗器12和电容器14，因此，施加到直流断路器1上的电压为直流电压。图5是进行第二试验方法的短路电流切断的过程中的电流波形图。图6是进行第二试验方法的短路电流切断的过程中的电压波形图。

假设在试验开始时，直流断路器1被连接在试验装置上，保护断路器3和辅助断路器8处于闭路状态，接通开关4和起动开关11处于开路状态，短路发电机1处于预先规定的电压下的励磁状态，电压源电容器10处于已被充电装置9充电到预先规定的电压的状态。

首先，如图5所示，在时刻d使接通开关4闭路，从短路发电机2向直流断路器1的切断部101供给交流电流。该交流电流被电抗器5调整了其大小，并作为事故电流19供给到切断部101。再有，如图6所示，即使使接通开关4闭路，电压源电路b也未被连接到直流断路器1上，因此，电压源电容器10的电压18仍是保持一定的状态。

接着，在图5、图6所示的时刻e，直流断路器1切断电流19。即，在电流19达到与直流系统的系统事故所产生的事故电流相当的电流的时刻，使切断部101为开路进行电流截断，来切断电流19。

电流19被切断时，频率由电抗器5、电阻6、电容器7决定的恢复电压21被施加到直流断路器1上，电涌吸收器102吸收过电压，如图5所示，从短路发电机2供给的电流成为电涌吸收器电流20而流到电涌吸收器102上。在流过电涌吸收器电流20的期间，如图6所示，恢复电压21逐渐下降。

在施加恢复电压21后，电流源电路b到直流断路器1的连接持续。在施加该恢复电压21后流过电涌吸收器电流20的时刻f，接通起动开关11，使辅助断路器8开路来进行电流截断。于是，直流断路器1上被施加与电压源电容器10中积蓄的电压源电容器电压22相当的直流电压。

这样，将使用电压源电路b对直流断路器1施加电压的定时延迟到与事故电流相当的电流切断后的恢复电压被施加时，因此，能够对直流断路器1的恢复电压进行补偿。

更详细地说，使来自电压源电路b的直流电压的施加在电流切断之后，并且在施加到直流断路器1的切断部101上的恢复电压成为低于与相当于直流系统事故时所施加的电压相当的电压之前。这样能够验证直流断路器1的事故电流切断后的耐压性能。再有，如图6所示，在本实施方式中，在时刻f的定时恢复电压21急降，其理由在于，电抗器5中积蓄的能量被全部放出。

[1－4.效果]

(1)本实施方式的直流断路器的试验方法是用于使用具备电流源电路a和电压源电路b的试验装置来验证切断性能的直流断路器1的试验方法，其中，至少从电流源电路a向直流断路器1供给交流电流，并在该电流成为与直流系统的系统事故所产生的事故电流相当的电流的时刻，由直流断路器1切断该电流，通过在进行所述切断之前将电压源电路b连接在直流断路器1上，从而对直流断路器1施加电压，并与进行所述切断同时地从电压源电路b施加恢复电压。

这样，由于能够在电流切断时将与事故电流相当的电流和与该事故时的电压相当的电压给予到直流断路器1，因此，能够模拟设置有直流断路器1的直流系统的事故，能够验证直流断路器1的切断性能。此外，如果具有普通交流断路器的大功率试验设备，则不用引入高价且大型化的大容量直流发电机或整流器就能够进行直流断路器1的切断试验。特别是在本实施方式中，由于采用在交流断路器的合成试验法中所使用的已有的试验装置来进行直流断路器1的切断试验，因此，不需要另外准备设备投资或设备配置的铺设地等，在经济上优点大。

(2)电流源电路a向直流断路器1供给低于与事故电流相当的电流的交流电流，电压源电路b通过在直流断路器1的所述切断之前与直流断路器1进行连接，由此，使来自电压源电路b的电流与电流源电路a的电流重叠，从而成为与事故电流相当的电流，并且对直流断路器1施加电压。

这样，能够在与事故电流相当的电流的切断的同时，向直流断路器1无延迟地施加恢复电压。即，在直流断路器1所进行的切断由半导体断路器这样的可瞬间切断的断路器来进行的情况下，即使在电流切断时想要执行电压源电路b到直流断路器1的连接，也可能从该切断时刻起发生延迟，从而在电流切断和恢复电压的施加中产生时间差。但是，根据本试验方法，由于在电流切断之前预先连接电压源电路b进行电压施加，因此，能够通过电流切断而使达到与事故电流相当的电流的时刻和由电压源电路b施加恢复电压的时刻自动地相一致。从而，能够与切断同时而无延迟地施加恢复电压。

另外，由于电流从电压源电路b被重叠地供给，因此，电流源电路a所供给的电流减少该部分的量即可。因此，相比于和电流切断同时地将电压源电路b连接到直流断路器1上的情况，不需要作为在电流源电路a中所使用的短路发电机2而供给大电流的装置。其结果，有能够增加试验装置的设备使用或电路设计的变化的优点。

(3)电压源电路b具有成为电压源的电压源电容器10，电压源电路b到直流断路器1的连接发生在达到与事故电流相当的电流的时刻下的切断即将进行之前。这样，能够更可靠地在电流切断时施加规定的恢复电压。即，在电压源是电容器的情况下，由于伴随着电压源电路b的连接过程而被放电，因此电压降低。因而，当在比电流切断早很多的阶段将电压源电路b连接到直流断路器1时，会有无法在电流切断时施加用于验证切断性能的规定的恢复电压的担忧。因此，为了避免这个问题，设为即将达到与事故电流相当的电流之前，因此，能够更可靠地在电流切断时施加规定的恢复电压。

(4)在来自电压源电路b的恢复电压的施加中，其过电压被与直流断路器1并联连接设置的电涌吸收器102吸收。这样，能够抑制向直流断路器1的切断部101施加过电压，能够容易施加规定的恢复电压。

(5)本实施方式的直流断路器1的试验方法是用于使用具备电流源电路a和电压源电路b的试验装置来验证切断性能的直流断路器的试验方法，从电流源电路a向直流断路器1供给与直流系统的系统事故所产生的与事故电流相当的电流，由直流断路器1切断该电流，并从电流源电路a对直流断路器1施加恢复电压，在电流源电路a到直流断路器1的连接持续并且恢复电压被施加的期间，从电压源电路b对直流断路器1施加直流电压。

这样，由于将来自电压源电路b的直流电压的施加设在恢复电压被施加的期间，因此，至少在电流切断之前的期间，不会从电压源电路b对直流断路器1施加电压。因此，能够维持电压源电路b的电压，能够防止在电流切断后恢复电压成为低于与直流系统的事故相当的电压而无法验证切断后的耐压性能。换言之，能够对直流断路器1切断来自电流源电路a的事故电流完成之后的直流断路器1的切断部101的恢复电压进行补偿，能够进行电流切断后的耐压性能的验证。

(5)在来自电流源电路a的恢复电压的施加中，其过电压被与直流断路器1的切断部101并联连接设置的电涌吸收器102吸收。这样，能够抑制对直流断路器1的切断部101施加过电压，能够容易施加规定的恢复电压。

[2.其他实施方式]

在本说明书中说明了本发明涉及的多个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提出的，并不是想限定发明范围。如上所述的实施方式可以以其他各种各样的方式实施，可以在不脱离发明主旨的范围内进行各种各样的省略、置换和变更。这些实施方式或其变形包含在发明范围或主旨内，并且也包含在权利要求记载的发明及其等同范围内。

作为其他实施方式，也可以不依靠操作员，而是设置控制部，来实现上述的切断瞬时的试验方法或切断后的试验方法。即，也可以是，控制部具有记录介质的计算机，该记录介质存储了用于顺序管理的程序，通过执行该程序来按照规定的定时向各电路a、b的各自的设备输出连接或切断的指令。

在第一实施方式中说明了用于利用在交流断路器的合成试验法中所使用的试验装置来验证直流断路器的切断性能的方法，但也可以使用与该合成试验法等同的试验装置。

电涌吸收器102设置于直流断路器1的内部，但只要与切断部101并联连接设置即可，也可以设置在直流断路器1的外部。

附图标记的说明

1直流断路器

101切断部

102电涌吸收器

a电流源电路

2短路发电机

3保护断路器

4接通开关

5电抗器

6电阻

7电容器

8辅助断路器

41电涌吸收部

b电压源电路

9充电装置

10电压源电容器

11起动开关

12电抗器

13电阻

14电容器

15、19电流

16、20电涌吸收器电流

17、21恢复电压

18、22电压源电容器电压