一种烧蚀试验回路及断路器弧触头烧蚀状态测试方法与流程

本发明涉及电路
技术领域：
，具体涉及一种烧蚀试验回路及断路器弧触头烧蚀状态测试方法。
背景技术：
：随着我国西电东送等跨区域联网工程陆续投运，高压输变电网络送电负荷日益增加，电力系统容量不断增长，电网覆盖地域持续扩大，在主网架日益复杂以及系统阻抗不断减小的情况下，一旦线路出现短路故障，短路电流对断路器开断能力的考核将更为严苛，对断路器灭弧室触头的累积效应不容小觑。根据国际大电网会议(cigre)与中国电力科学研究院的统计结果，断路器电寿命是影响其使用年限以及运行稳定性的关键因素，弧触头烧蚀状态是决定灭弧室寿命的关键因素之一。因此，对于多次开断线路故障电流以及频繁开合容性、感性负载的断路器，亟需提出一种有效的试验分析方法，在不解体灭弧室的情况下检测并评估灭弧室弧触头的烧蚀状态。技术实现要素：本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种烧蚀试验回路，以利于检测并评估灭弧室弧触头的烧蚀状态。为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种烧蚀试验回路，包括依次相连的短路电流产生回路、短路电流引入回路以及暂态恢复电压开断回路；其中，所述短路电流产生回路用于产生短路电流；所述短路电流引入回路包括保护间隙、试验样机、变压器、第一电阻、第一电容、电压测量仪、电流测量仪以及延弧回路；所述变压器的一次侧和短路电流产生回路的输出端相连接，二次侧的两端分别和第一电阻和第一电容相连接，第一电阻和第一电容相串接，保护间隙并接在二次侧和第一电阻和第一电容相串接之间；在变压器二次侧的一端和第一电阻之间串接有电压测量仪；延弧回路并接在第一电阻和第一电容相串接的两端；试验样机串接在短路电流引入回路输出端的一端中，试验样机所在那一端的短路电流引入回路的输出端和试验样机之间还串接有电压测量仪；电流测量仪串接在试验样机和延弧回路之间；所述暂态恢复电压开断回路包括被试断路器、火花间隙、第二电阻、第二电容、第三电容以及第二电抗器；被试断路器的两端分别和短路电流引入回路输出端的两端相连接；第二电阻和第二电容串接后并接在被试断路器的两端；第二电抗器的两端和第二电阻和第二电容串接后的两端相连接；在第二电抗器的一端和第二电阻相连接的那一端之间串接有第三电容和火花间隙。所述短路电流产生回路包括短路电源、操作开关以及第一电抗器；操作开关连接在短路电源的两端，第一电抗器串接在短路电流产生回路输出端的一端中。所述试验样机为辅助断路器。所述短路电源为短路发电机。相应地，本发明还提供了断路器弧触头烧蚀状态测试方法，该方法采用上述的烧蚀试验回路进行，具体包括如下步骤：进行动态电阻测试，在试验样机进行容量开合试验前、试验中以及试验后，进行动态电阻测量并记录，同时记录累积断路器开合的能量；解体试验样机，测量动、静弧触头的端口尺寸和零件重量；当弧触头有效接触位移l处于0～5mm的区间时，平均接触电阻随有效接触位移的增加而呈快速下降趋势，接触位移大于5mm以后，平均接触电阻变化渐趋于平稳，它们的关系式为在进行动态电阻测试之前还包括：对断路器进行慢分、慢合操作，以确认运动平滑、无卡滞现象；连接机械特性测试仪进行机械特性测试。本发明与现有技术相比，其有益效果在于：1、本烧蚀试验回路提供短路电流波性特征与电力系统实际运行回路出现的短路故障电流接近，具有较高的等效性。2、通过本烧蚀试验回路可提供任意幅值、燃弧时间的短路电路，加速灭弧室弧触头的电寿命老化工程，极大缩减研究试验周期。附图说明图1为本发明实施例提供的烧蚀试验回路的电路原理图；图2为触头动作行程与动态接触电阻关系图按照试验次序测量图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。在本申请中，对弧触头状态的4个关键特征参量进行以下定义：1)弧触头有效接触状态：在断路器的分合闸过程中，当弧触头接触电阻小于或等于某一阀值(该值可参照动态接触电阻的测量值给出)时认为弧触头属于有效接触状态，当接触电阻大于该值时认为弧触头属于无效接触，为分离状态(并非绝对分离，而是为了方便数据分析)。由于动态电阻测试时试验电流达到2000a以上，在弧触头金属绝对分离时，会出现短暂拉弧现象，通过测试手段以接触电阻无穷大时作为触头绝对分离时刻是不准确的，因此本申请定义某阈值作为弧触头接触边缘值，仅为了方便试验数据趋势分析。2)有效接触位移l(mm)：在断路器的分合闸过程中，主触头刚分离后，弧触头接触电阻小于或等于阈值(2000μω)时所对应的接触位移，称为有效接触位移。3)累积接触电阻raccu(μω*mm)：有效接触位移所对应采样时刻接触电阻的累积值。试验仪器采样率为20k，即每0.05ms得到对应的接触电阻值，对有效接触位移曲线范围内的接触电阻进行积分，可得累积接触电阻μω*mm。4)平均接触电阻rave(μω/mm)：累积接触电阻除以有效接触位移，可得平均接触电阻μω/mm，可较好的体现触头烧蚀后接触电阻以及有效接触位移的变化情况。实施例：参阅图1所示，本实施例提供的烧蚀试验回路，包括依次相连的短路电流产生回路100、短路电流引入回路200以及暂态恢复电压开断回路300。其中，该短路电流产生回路用于产生短路电流，包括短路电源g、操作开关mb以及第一电抗器l1；操作开关mb连接在短路电源g的两端，初始状态时，操作开关mb处于常开状态，操作开关mb闭合时即可以产生短路电流传输至短路电流引入回路200中，同时由于第一电抗器l1是串接在短路电流产生回路100输出端的一端中，在第一电抗器l1的作用下，可以有效地抑制操作开关mb合闸时所产生的冲击电流(浪涌电流)。而该短路电流引入回路200则包括保护间隙gp、试验样机ab、变压器pt、第一电阻r1、第一电容c1、电压测量仪v、电流测量仪i以及延弧回路apc。其中，该变压器pt的一次侧和短路电流产生回路100的输出端相连接，二次侧的两端分别和第一电阻r1和第一电容c1相连接，第一电阻r1和第一电容相c1串接，保护间隙gp并接在二次侧和第一电阻r1和第一电容c1相串接之间；在变压器pt二次侧的一端和第一电阻r1之间串接有电压测量仪v，以测量端部对地的电压；延弧回路apc并接在第一电阻r1和第一电容c1相串接的两端；试验样机ab串接在短路电流引入回路200输出端的一端中，试验样机ab所在那一端的短路电流引入回路200的输出端和试验样机ab之间还串接有电压测量仪v；电流测量仪i串接在试验样机ab和延弧回路apc之间。由于断路器灭弧室弧触头烧蚀程度主要由回路的电流幅值决定，与回路提供的电压幅值大小无关，如果为了等效系统短路电流的效果，采用系统的额定电压与电流进行试验，实验室的设备容量将非常大，成本高，因此，为了低成本、高效率完成灭弧室弧触头不同程度的烧蚀试验，将试验回路中的电流、电压分别通过电流引入回路以及电压引入回路实现，其中：1、短路电流引入回路从短路电流产生回路100得到短路电流，通过lc震荡回路得到目标的电流幅值，通过延弧回路控制弧触头开断短路电流的燃弧时间；2、暂态恢复电压开断回路通过时间同步控制装置，在短路电流引入回路产生的短路电流流经试验样机ab以及被试断路器tb时，在电流过零前将暂态恢复电压时间在被试断路器tb的两端，在tb弧触头分离并完成断路器电流开断后，同时可考核tb灭弧室绝缘恢复能力。3、通过对试验电压、电流通过引入回路的分离，可以同时实现试验样机ab的弧触头烧蚀试验研究以及被试断路器tb的短路电流开合试验，一方面极高地提升了试验效率，另外，还对试验成本的控制有明显的作用。而该暂态恢复电压开断回路300包括被试断路器tb、火花间隙gp、第二电阻r2、第二电容c2、第三电容c3以及第二电抗器l2；被试断路器tb的两端分别和短路电流引入回路200输出端的两端相连接；第二电阻r2和第二电容c2串接后并接在被试断路器tb的两端；第二电抗器l2的两端和第二电阻42和第二电容c2串接后的两端相连接；在第二电抗器l2的一端和第二电阻r2相连接的那一端之间串接有第三电容c3和火花间隙gp。试验前，试验样机ab和被试断路器tb都处于合闸位置。操作开关mb闭合使短路电源g提供的短路电流ig流过两台断路器(试验样机ab和被试断路器tb)。在时刻t0试验样机ab和被试断路器tb触头分开，此时延弧回路apc使试验样机ab的燃弧时间固定在tarc(可在5ms～15ms之间选择)，在时刻t1，火花间隙gp点火，试验前已经充完电的电压源主电容器组c3通过电抗器l2放电，引入高频电流iv，并与短路电流ig叠加。由于电流源的激励电压相当低，对于试验样机ab而言仅需承受触头刚分后工频短路电流电弧的烧蚀，而被试断路器tb在t2时刻开断短路电流(ig+iv)后，断口还需承受有电压回路提供的受参数c2、r2、c3和l2控制的暂态恢复电压的作用。因此，两台断路器分别经历以下两个阶段：(1)t0～t1时刻，试验样机ab开断短路电流ig，燃弧时间tarc。(2)t1～t2时刻，被试断路器tb开断短路电流(ig+iv)。本试验方案中，试验样机开断短路电流幅值主要分布在20ka～63ka范围内，燃弧时间保持tarc不变。由此可知，通过使用本实施例提供的烧蚀试验回路能够具有如下作用：1、烧蚀试验回路提供短路电流波性特征与电力系统实际运行回路出现的短路故障电流接近，具有较高的等效性。2、通过试验回路可提供任意幅值、燃弧时间的短路电路，加速灭弧室弧触头的电寿命老化工程，极大缩减研究试验周期。具体地，上述的短路电源为短路发电机为短路发电机。相应地，本实施例还提供了还提供了断路器弧触头烧蚀状态测试方法，该方法采用上述的烧蚀试验回路进行，具体包括如下步骤：进行动态电阻测试，在试验样机进行容量开合试验前、试验中以及试验后，进行动态电阻测量并记录，同时记录累积断路器开合的能量：测试日期第一次第二次第三次第n次累积样机开断电流ka0累积开断能量∑i2*tarc0开断电流ka*开断次数0解体试验样机，测量动、静弧触头的端口尺寸和零件重量；试验前后重量变化(单位：g)试验前后弧触头尺寸变化(单位：mm)当弧触头有效接触位移l处于0～5mm的区间时，平均接触电阻随有效接触位移的增加而呈快速下降趋势，接触位移大于5mm以后，平均接触电阻变化渐趋于平稳，它们的关系式为优选地，在进行动态电阻测试之前还包括：对断路器进行慢分、慢合操作，以确认运动平滑、无卡滞现象；对断路器连接机械特性测试仪进行机械特性测试。动态电阻的测试在于断路器分闸过程中，主触头刚分离的时刻到弧触头刚分分离时刻中间，弧触头接触的电阻随着动作行程以及时间的动态变化曲线，对断路器自身的机械动作稳定性以及零部件接触的可靠性有较高的要求，首先，通过慢分、慢合操作，避免动作过程出现卡涩现象，导致断路器在动态电阻合分操作过程中无法正常分闸，长时的合闸导通会导致超级电容器过载烧毁，通过机械特性仪开展断路器的分合闸时间测试，确保断路器的动作特性在合格范围内，避免影响动态电阻的数据读取以及后续的数据分析。应用案例以某台500kv断路器为例，实测如下：试验前后重量变化(单位：g)试验前后弧触头尺寸变化(单位：mm)样机开断电流ka分别将试验过程断路器a断口的触头动作行程与动态接触电阻关系图按照试验次序测量如图2所示，由图2可见，随着试验累积开断电流能量的增加，弧触头有效接触行程逐渐缩短，接触电阻值在一定的阈值范围内平稳的时间越短，在同等的行程下单位行程的平均接触电阻值越高。由此可知，通过本方法能够获取断路器的弧触头有效接触位移、弧触头累积接触电阻以及弧触头平均接触电阻，可为现场线路断路器的运维管理以及不拆卸灭弧室的弧触头状态评估提供依据。上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本
发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。当前第1页12