高压交流断路器近区故障试验用串联振荡链路装置的制作方法

本实用新型涉及高压开关技术领域，是一种额定电压40.5kV及以下高压交流断路器近区故障试验用串联振荡链路装置。

背景技术：

近区故障是指发生在架空线上距断路器几百米到几千米处的短路故障，它的短路电流比断路器出线端短路故障电流小，所以过去认为断路器只要能开断出线端短路故障电流，近区故障短路电流的开断就不成问题，然而结果却恰恰相反，能够开断出线端短路故障的断路器未必能开断近区故障。因为故障点与断路器之间线路的工频阻抗不大，不足以使短路电流明显降低，电流过零瞬间，线路侧存有电荷，在线路上产生了衰减的锯齿形振荡形式的瞬态电压，线路侧瞬态电压与电源侧瞬态恢复电压波形叠加，促使近区故障试验开断后断口间瞬态恢复电压起始上升速度陡增，近区故障开断时瞬态恢复电压起始上升率比出线端故障起始上升率高很多，而电流过零瞬间，弧隙不可能充分去游离，介质强度恢复较慢，引起弧隙发生重燃，增加了断路器的开断难度，特别是近些年，架空线路额定电压40.5kV及以下断路器经常出现不能开断近区故障的情况，危及了电力系统的安全与可靠运行。国家从电网运行的实际情况出发，规定对于额定电压24kV及以上，额定短路开断电流大于12.5kA的S2级断路器要求近区故障试验是必检项目。

目前，近区故障试验人工模拟链路装置主要是均匀阻尼π型链路，人工数学链，均匀阻尼π型链路存在问题是体积庞大，设计参数复杂，线路侧三角波波头较圆，对于额定电压72.5kV至363kV高压交流断路器的近区故障试验较为实用，对于额定电压40.5kV及以下断路器，很难调出满足标准要求的锯齿波；人工数学链体积小，只有六七个元件组成，可以把它安装在一个的小车上，但是由于电抗器线圈之间杂散电容客观存在，加上接入链路入口侧测量用分压器的固有电容，引线套管电容的影响，调试出满足标准要求的链路侧锯齿波形比较困难，而且造价较高，对于额定电压550kV及以上高压交流断路器近区故障试验较为实用。

技术实现要素：

针对以上问题，本实用新型提出了一种高压交流断路器近区故障试验用串联振荡链路装置。包括有N个链，每个链由一个电抗器和一个电容器并联组成，N个链之间按照电抗器从大到小的顺序串联布置，固定电阻和链路保护球分别与整个链之间并联，形成试验用串联振荡链路；通过供电电容C为整个装置提供电能。本实用新型通过上述结构，本实用新型能够适用于40.5kV及以下高压交流断路器近区故障试验，解决了现有技术中存在的此范围故障试验设备空缺的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为高压交流断路器近区故障试验用串联振荡链路装置，其特征在于：包括有N个链，每个链由一个电抗器和一个电容器并联组成，N个链之间按照电抗器从大到小的顺序串联布置，固定电阻和链路保护球分别与整个链之间并联，形成试验用串联振荡链路，通过供电电容C为整个装置提供电能；

所述的试验用串联振荡链路安装在绝缘平台上，绝缘平台一侧，呈一字型均匀排列设有电抗器；绝缘平台的另一侧，每个电抗器的相对位置处设有电容器固定装置，电容器安装在电容器固定装置上。

所述的电容器固定装置包括有两个相对设置的竖直支架，竖直支架顶部设有电容器安装卡槽；电容器固定装置底部，两个竖直支架之间沿电容器固定装置排列方向设有固定横杆；固定横杆两端设有向上凸起的支角；铜质连杆穿过两个支角顶部的通孔，与固定横杆之间平行并相离设置。

所述的电容器底部设有伸出的电容器连接端，电容器连接端上设有与铜质连杆相应的通孔，通过通孔将电容器底部穿在铜质连杆上，电容器连接端与固定横杆之间相离；电容器的底部能够沿铜质连杆转动，电容器顶端能够选择搭接在靠近电抗器一侧的竖直支架顶部卡槽内或搭接在远离电抗器一侧的竖直支架顶部卡槽内；电容器连接端与固定横杆之间连接有导电带。

靠近所述的电抗器一侧的竖直支架的电容器与电抗器之间并联；远离电抗器一侧的竖直支架上下短接。

所述的固定横杆连接电容器底架铜排的一端，电容器底架铜排的另一端连接铜管的底部，铜管上设有能够沿铜管上下移动的铜管滑道侧卡槽，铜管滑道侧卡槽向电抗器抽头的方向伸出有连接铜排；连接铜排的伸出端端头设有电抗器侧卡槽，通过电抗器侧卡槽与电抗器抽头连接。

所述的绝缘平台底面通过竖直设置的绝缘瓷瓶将绝缘平台支撑定位在钢质底架上，钢质底架底部四角安装有万向轮。

所述的链路保护球和固定电阻并联于整个装置最上方，利用导线与整个链路首尾相连。

所述的链路保护球为两个相离的石墨球。

所述的链为5个。

所述的试验用串联振荡链路的出线端连接有试品模拟装置，试品模拟装置由电阻与二极管串联组成，电阻与试验用串联振荡链路的出线端连接，二极管串电流输出端通过导线接地。

本实用新型的有益效果为：本实用新型提供了一种高压交流断路器近区故障试验用串联振荡链路装置，包括有N个链，每个链由一个电抗器和一个电容器并联组成，N个链之间按照电抗器从大到小的顺序串联布置，固定电阻和链路保护球分别与整个链之间并联，形成试验用串联振荡链路；通过供电电容C为整个装置提供电能。上述电路器件配合绝缘平台及电容器固定装置等机械结构，提供了一种接线灵活、稳定性高、空间占用面积小，且易调试出满足标准要求的锯齿波，实用性能好，适用于额定电压40.5kV及以下高压交流断路器近区故障试验用串联振荡链路装置。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型中电容器连接端位置处结构局部放大示意图。

图3为本实用新型中电抗器抽头位置处结构局部放大示意图。

图4为本实用新型电路原理图。

图5为高压交流断路器近区故障用串联振荡链路装置理想状态仿真波形图。

图6a为链路侧三角波波形。

图6b为低压模拟采集到的所有波形。

具体实施方式

高压交流断路器近区故障试验用串联振荡链路装置，包括有N个链，每个链由一个电抗器1和一个电容器2并联组成，N个链之间按照电抗器1从大到小的顺序串联布置，固定电阻4和链路保护球3分别与整个链之间并联，形成试验用串联振荡链路，通过供电电容C为整个装置提供电能；

所述的试验用串联振荡链路安装在绝缘平台9上，绝缘平台9一侧，呈一字型均匀排列设有电抗器1；绝缘平台9的另一侧，每个电抗器1的相对位置处设有电容器固定装置5，电容器2安装在电容器固定装置5上。

所述的电容器固定装置5包括有两个相对设置的竖直支架，竖直支架顶部设有电容器2安装卡槽；电容器固定装置5底部，两个竖直支架之间沿电容器固定装置5排列方向设有固定横杆5-3；固定横杆5-3两端设有向上凸起的支角5-2；铜质连杆5-1穿过两个支角5-2顶部的通孔，与固定横杆5-3之间平行并相离设置。所述的电容器2底部设有伸出的电容器连接端2-1，电容器连接端2-1上设有与铜质连杆5-1相应的通孔，通过通孔将电容器2底部穿在铜质连杆5-1上，电容器连接端2-1与固定横杆5-3之间相离；电容器2的底部能够沿铜质连杆5-1转动，电容器2顶端能够选择搭接在靠近电抗器1一侧的竖直支架顶部卡槽内或搭接在远离电抗器1一侧的竖直支架顶部卡槽内；电容器连接端2-1与固定横杆5-3之间连接有导电带6。

所述的固定横杆5-3连接电容器底架铜排7-4的一端，电容器底架铜排7-4的另一端连接铜管7的底部，铜管7上设有能够沿铜管7上下移动的铜管滑道侧卡槽7-1，铜管滑道侧卡槽7-1向电抗器抽头1-1的方向伸出有连接铜排7-3；连接铜排7-3的伸出端端头设有电抗器侧卡槽7-2，通过电抗器侧卡槽7-2与电抗器抽头1-1连接。

当电容器2上端设置在靠近电抗器1一侧的竖直支架上时，底部通过电容器连接端2-1、导电带6、固定横杆5-3、电容器底架铜排7-4、铜管7、连接铜排7-3、最后与一个电抗器抽头1-1连接，顶部通过电容器2顶端连接端、靠近电抗器1一侧的竖直支架顶部卡槽、连接铜排、与一个电抗器顶部接线端子1-2连接。由此，靠近电抗器1一侧的竖直支架的电容器2与电抗器1之间并联。

远离电抗器1一侧的竖直支架上下短接。将转动至远离电抗器1一侧的竖直支架的电容器2设为备用。

所述的绝缘平台9底面通过竖直设置的绝缘瓷瓶12将绝缘平台9支撑定位在钢质底架10上，钢质底架10底部四角安装有万向轮11。

所述的链路保护球3和固定电阻4并联于整个装置最上方，利用导线与整个链路首尾相连。

所述的链路保护球3为两个相离的石墨球。

所述的链为5个。

所述的试验用串联振荡链路的出线端连接有试品模拟装置8，试品模拟装置8由电阻与二极管串联组成，电阻与试验用串联振荡链路的出线端连接，二极管串电流输出端通过导线接地。试品模拟装置8利用螺栓固定在绝缘平台9上，试验前低压模拟时将其一端与第5个链的出线端利用导线连接，另一端通过导线接地，此装置利用10个1欧姆电阻并联均匀排列焊接呈圆柱形状，然后与二极管串联，最后将其封装，固定，低压模拟时利用此装置可以同时采集到瞬态恢复电压，充电电压，引入电流等波形，容易调试出等价性好的试验线路。

所述的供电电容C与试验用串联振荡链路之间串联有水银开关和电感L；电感L的电流输出端串联有电容C0和电阻R0，电阻R0的电流输出端通过导线接地。

如图3所示，调节L1，C1影响链路侧三角波的基波频率，调节L2，C2，L3，C3，L4，C4影响三角波的三次谐波，调节L5，C5影响链路侧瞬态恢复电压的起始上升率，调节电阻R影响链路侧瞬态恢复电压的峰值系数。其工作过程是首先将串联振荡链路装置与电压回路相连，如图3所示，先把供电电容C充电，然后利用水银开关闭合将整个回路导通，电压回路电感与模拟回路电感流过引入电流，串联振荡链路装置的电容器2被充电，当引入电流到第一个零点，二极管导通变为截止，串联振荡链路装置的供电电容C对电抗器1放电，形成锯齿波，如图6a，6b所示，试验时将被试品模拟装置与其他设备连接线拆除，线路改接及试前线路等价性调试容易实现。

以40.5kV/31.5kA断路器为例，实接设备参数见表1，近区故障用串联振荡链路装置低压模拟采集到的波形图，图6a是链路侧三角波波形，图6b是低压模拟采集到的所有波形，第一条线为链路侧三角波波形，第二条线为充电电压波形，第三条线为引入电流波形。

表1实接设备参数表

试验用电容固定器利用两个细瓷瓶支撑固定，当电容器2顶部放置在试验用电容固定器顶部卡槽时，电容器2与电抗器之间并联。

电抗器与电容器均选择顶端进线，近区故障试验时，必须选择合适电抗器抽头出线来满足所需的参数值，传统的接线方式是利用细铜线将电容器与电抗器相连，由于电抗器抽头与电容器出线位置不在一个水平面，可能出现引线交叉情况，两条线较近还可能出现放电，本实用新型设计铜管竖直安装在绝缘平台上，铜管底部与电容固定器底部利用铜排固定，铜管上装有上下滑动卡槽，每台电抗器的出线铜排与铜管垂直方向连接，利用卡槽将引线铜排固定在铜管上，避免出现引线交叉放电的可能性，且线路改接方便灵活。

短接用电容固定器上下短接。短接用电容固定器设计成L型结构框架，底架上端利用铜质连杆将所有圆柱形电容一端连接一起，且电容器可以轴向转动，试验前根据试验参数将试验所需电容搭接在试验电容固定器上，其它调整到短接电容器固定器上，由于电容器与连杆间存在放电间隙，采用铜质导电带将电容器与L型框架底部连接，保证电容器与导电部件接触良好。参数调节方便灵活。

本实用新型采用圆筒式单层空心电抗器，单层空芯圆筒式绕法是为了减小电抗器匝间电容对三角波的影响，电抗器呈一字型排列，且两台电抗器之间距离300mm，避免了试验时电抗器之间产生互感，使三角波偏离预期。

目前国内进行近区试验是利用合成试验代替直接试验的方法，依据IEC及GB/T 1984-2014标准的要求，必须满足合成试验引入电流趋零时的斜率应与直接试验短路电流趋零时的斜率相等，所以试验前确定该试验线路的等价性十分重要，本实用新型装有被试品模拟装置，低压模拟时利用该装置可以同时采集到瞬态恢复电压，充电电压，引入电流等波形图，根据模拟数据调整设备参数，容易调试出等价性好的试验线路，提高了工作效率。同时本实用新型提供了一种易实现的装置，为40.5kV及以下高压交流断路器近区故障试验来模拟输电线路，使断路器在开断近区故障试验后的恢复电压与真实的一段架空线发生近区故障后产生的恢复电压有很好的等价性。