干燥条件下空气绝缘隔离开关等效模拟高海拔的试验方法与流程

1.本发明涉及一种空气绝缘隔离开关的试验方法，具体涉及一种干燥条件下空气绝缘隔离开关等效模拟高海拔的试验方法。


背景技术：

2.空气绝缘隔离开关作为在分闸位置能够按照规定的要求提供隔离断口的开关装置，可提供一个可靠绝缘，能使需要检修的断路器与电源隔开，中间有一个明显的开断点，以保证断路器检修时人员设备安全，并不承担开断短路电流及负荷电流的功能。但由于空气绝缘隔离开关通常可能会连接互感器、避雷器、空载线路、空载变压器、套管以及断路器并联电容等，因此空气绝缘隔离开关也需要一定的容性小电流开断能力。
3.gb/t 1985-2014《高压交流隔离开关和接地开关》中规定了空气绝缘隔离开关开断容性小电流的试验回路，但未对试验电压进行海拔修正；在实际生产工作中，随着海拔的升高，会引起大气压强降低、空气密度降低等不利条件，引起空气间隙的击穿电压降低，最终可能导致隔离开关无法拉断电弧，从而造成设备损坏或工作人员安全隐患等后果。因此对高海拔下空气绝缘隔离开关开断容性小电流的研究具有重要意义。
4.目前，空气绝缘隔离开关开断容性小电流的试验需求较多，市场前景较好。
5.现有技术的缺陷和不足：
6.通常，工作人员都在人工气候室内，通过改变温度、气压等条件，达到模拟高海拔条件的目的。但人工气候室在调节室内温度、气压时，一般需要花费20～30分钟甚至更久的时间；为了维持室内的大气条件，在试验过程中人工气候室的调节装置也一直在运行。如此一来，就需要消耗大量的时间、人力和能源成本，影响试验的效益。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种干燥条件下空气绝缘隔离开关等效模拟高海拔的试验方法，该方法能够等效模拟高海拔，且具有耗时及成本低的特点。
8.为达到上述目的，本发明所述的干燥条件下空气绝缘隔离开关等效模拟高海拔的试验方法包括以下步骤：
9.1)在人工气候室内分别改变温度、气压、电压及负载电容，进行空气绝缘隔离开关开断容性小电流电路的开断试验；
10.2)测量在各种大气条件下分闸电弧熄灭瞬间隔离开关触头的距离；
11.3)构建分闸电弧熄灭瞬间隔离开关触头的距离随温度、气压、电压及负载电容变化的拟合公式；
12.4)利用所述拟合公式，计算电压关于温度、气压及负载电容的修正因数公式；
13.5)基于所述修正因数公式确定关于电压u的方程以及关于负载电容c的方程；
14.6)计算所述关于电压u的方程以及关于负载电容c的方程，得到在常规海拔下等效
模拟高海拔条件时的电压及负载电容，根据在常规海拔下等效模拟高海拔条件时的电压及负载电容进行干燥条件下空气绝缘隔离开关等效模拟高海拔的试验。
15.步骤1)之前还包括：搭建空气绝缘隔离开关开断容性小电流电路。
16.搭建空气绝缘隔离开关开断容性小电流电路的具体过程为：
17.根据gb/t 1985-2014《高压交流隔离开关和接地开关》中的规定搭建空气绝缘隔离开关开断容性小电流电路，其中，根据实际工况设置空气绝缘隔离开关开断容性小电流电路中的参数。
18.步骤1)的具体操作为：
19.利用控制变量法，在人工气候室内分别改变温度、气压、电压及负载电容，进行空气绝缘隔离开关开断容性小电流电路的开断试验。
20.步骤2)的具体操作为：
21.通过采集电弧录像的方式，测量在各种大气条件下分闸电弧熄灭瞬间隔离开关触头的距离。
22.步骤3)中的拟合公式为：l＝kf(t)f(p)f(u)f(c)。
23.步骤4)的具体操作为：
24.设定常规海拔和高海拔处分闸电弧熄灭瞬间隔离开关触头的距离相等，利用步骤3)得到的拟合公式计算电压关于温度、气压及负载电容的修正因数公式u＝k
t
u0，其中，k
t
＝k
tkp
kc。
25.步骤5)的具体操作为：
26.基于所述修正因素公式，计算得到在常规海拔下等效模拟高海拔条件的修正因素公式，再联立保持合闸时流经隔离开关两臂的额定电流大小不变的公式，分别得到关于电压u的方程以及关于负载电容c的方程。
27.本发明具有以下有益效果：
28.本发明所述的干燥条件下空气绝缘隔离开关等效模拟高海拔的试验方法在具体操作时，通过构建分闸电弧熄灭瞬间隔离开关触头的距离随温度、气压、电压及负载电容变化的拟合公式，并以此计算在常规海拔下等效模拟高海拔条件时的电压及负载电容，最后以此进行试验，在实际操作时，只需要改变电压和负载电容的大小，即可达到等效模拟高海拔条件，在高海拔条件下空气绝缘隔离开关开断容性小电流的试验节约时间、人力和能源成本，为企业带来客观的经济收益。
附图说明
29.图1为三相水平式空气绝缘隔离开关的示意图；
30.图2为试验的电路图；
31.图3为分闸电弧在垂直方向最大投影长度和分闸电弧熄灭瞬间触头距离取样图；
32.图4为分闸电弧熄灭瞬间触头距离和分闸电弧在垂直方向最大投影长度随温度、气压、电压和负载电容变化的曲线图；
33.图5为分闸熄灭瞬间触头距离随温度变化的拟合曲线图；
34.图6为分闸熄灭瞬间触头距离随气压变化的拟合曲线图；
35.图7为分闸熄灭瞬间触头距离随电压变化的拟合曲线图；
36.图8为分闸熄灭瞬间触头距离随负载电容变化的拟合曲线图；
37.图9为以求解气压修正因数为例的思路图；
38.图10为温度的拟合曲线图；
39.图11为气压的拟合曲线图；
40.图12为负载电容修正因数的拟合曲线图。
具体实施方式
41.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
42.在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
43.本发明所述的干燥条件下空气绝缘隔离开关等效模拟高海拔的试验方法包括以下步骤：
44.1)根据gb/t 1985-2014《高压交流隔离开关和接地开关》中的规定搭建空气绝缘隔离开关开断容性小电流电路，根据实际工况设置空气绝缘隔离开关开断容性小电流电路中的参数；
45.2)利用控制变量法的原则，在人工气候室内分别改变温度、气压、电压及负载电容，进行空气绝缘隔离开关开断容性小电流电路的开断试验；
46.3)通过采集电弧录像的方式，测量出在各种大气条件下分闸电弧熄灭瞬间隔离开关触头的距离；
47.4)求解分闸电弧熄灭瞬间隔离开关触头的距离随温度、气压、电压及负载电容变化的拟合公式，即l＝kf(t)f(p)f(u)f(c)；
48.5)设定常规海拔和高海拔处分闸电弧熄灭瞬间隔离开关触头的距离相等，利用步骤4)得到的拟合公式计算电压关于温度、气压及负载电容的修正因数公式u＝k
t
u0，其中，k
t
＝k
tkp
kc；
49.6)基于步骤5)得到的修正因素公式，计算得到在常规海拔下等效模拟高海拔条件的修正因素公式，再联立保持合闸时流经隔离开关两臂的额定电流大小不变的公式，分别得到关于u的方程以及关于c的方程；
50.7)求解所述关于u的方程以及关于c的方程，得到在常规海拔下等效模拟高海拔条件时的电压及负载电容。
51.实施例一
52.本实施例以如图1所示的三相水平式空气绝缘隔离开关为例，具体过程为：
53.1)所述三相水平式空气绝缘隔离开关的额定电压为126kv，进行单相试验时可施加72.7kv的电压；
54.2)以图2所示的电路进行隔离开关开断试验，r为3kω的保护电阻，c1的等效值为0.7965nf，c2的有效值为0.04285μf，t0为受试隔离开关；
55.3)以控制变量法的原则分别改变温度、气压、电压及负载电容的大小，进行十次开断试验，并采集电弧录像；
56.4)如图3所示分别采集分闸电弧在垂直方向最大投影长度和分闸电弧熄灭瞬间触头距离l1、l2，其中，l1为gb/t 1985-2014中要求采集的数据，便于判断三相开关的绝缘距离；对于水平式隔离开关而言，l2为电弧在水平方向最大投影长度，即分闸电弧熄灭瞬间触头的距离，后续试验时序对l2进行拟合处理；
57.5)图4a中在97.0kpa、72.7kv、42nf的条件下进行；图4b在25℃、72.7kv、42nf条件下进行；图4c在5℃，74.5kpa，42nf的条件下进行；图4d在96.0kpa、20℃、72.7kv条件下进行，同样取十次试验的平均值；
58.6)图5、图6、图7及图8分别为分闸电弧熄灭瞬间触头距离随温度、气压、电压和负载电容变化的拟合曲线，拟合公式分别如式(1)、(2)、(3)及(4)所示：
59.l2＝0.212t+46.33
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
60.l2＝-0.0006383p3+0.1639p
2-14.41p+485.2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
61.l2＝0.009114u2+0.1619u-0.3983
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
62.l2＝-0.01761c2+1.954c+0.7779
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
63.设拟合公式l2＝kf(t)f(p)f(u)f(c)，得k＝6.955
×
10-6，求得l2的公式为：
64.l2＝0.0000069550
×
(0.212t+46.33)(-0.0006383p3+0.1639p
2-14.41p+485.2)
65.(0.009114u2+0.1619u-0.3983)(-0.01761c2+1.954c+0.7779)(5)
66.7)验证式(5)中l2的准确度，如表1、表2、表3及表4所示，可以看出，拟合公式的误差较小，基本在10％以内；
67.表1
[0068][0069][0070]
表2
[0071][0072]
表3
[0073][0074]
表4
[0075][0076]
8)图9为以求解气压修正系数为例的思路图，利用图9的方法求得在标准大气条件下(20℃，101.3kpa，72.7kv，42nf)k
t
关于t、k
p
关于p、kc关于c的拟合曲线与公式，图10、图11及图12分别为温度、气压及负载电容修正因数的拟合曲线，求得其表达式如式(6)、式(7)及式(8)所示：
[0077]kt
＝0.002321t+0.9534
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0078]kp
＝0.000117p
2-0.02519p+2.392
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0079]
kc＝0.2551
×
ln(c+1)+0.004174
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0080]
9)求取在标准大气条件下，等效模拟高海拔条件试验的修正公式；
[0081]
u＝k
t
u0ꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0082]kt
＝k
tkp
kcꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0083]
10)在试验室中，通常要保证空气绝缘隔离开关接通时，流过隔离开关的额定电流大小不变，为达到这一目的做如下处理：
[0084]
先将地点1的试验条件记为t0、p0及c0，施加的电压未知；地点2(某高海拔处的条件)的试验条件记为t、p、c0，施加的电压大小为u0，条件均已知；地点3(试验室中的条件)的试验条件记为t0、p0，但负载电容大小为c，施加电压大小为u，其中u、c的大小待求。当需在地点1通过改变电压来等效模拟地点2，则在地点1处施加的电压u
12
＝k
tkp
u0；若需在地点1通过改变电压来等效模拟地点3，则在地点1处施加的电压u
13
＝kcu；若u
12
＝u
13
，即k
tkp
u0＝kcu，即
实现了在地点3等效模拟地点2的目的，并且此时地点3的u和c的值呈一定的函数变化关系，由图2可知，流过隔离开关的额定电流大小为i＝10-6
ωcu(单位a)，联立该式，即可得到在i不变的情况下，等效模拟不同海拔情况时，在试验室内u和c的参数选择。此时i＝10-6
ωc0u0＝i0不变，将u＝106i0/ωc代入，得kc106i0/ωc＝k
tkp
*u0，求解得到c，再通过u＝106i0/ωc，求解得到c。
[0085]
11)根据步骤10)中的分析可知，在标准大气条件下，当合闸时流过隔离开关的额定电流大小i0≈0.96a不变时，若要等效模拟某高海拔条件下的情况，则隔离开关试验时的u和c的取值应该由式(11)决定：
[0086][0087]
其中，k
t
、k
p
及kc的表达式分别如式(6)、式(7)及式(8)所示，需要注意的是，k
t
及k
p
分别为以试验室中温度、气压为基准计算的温度、气压修正因数；kc为以高海拔工作地点的负载电容大小为基准计算的负载电容修正因数。验证式(11)的准确性，结果如表5、表6及表7；
[0088]
表5
[0089][0090]
表6
[0091][0092][0093]
表7
[0094][0095]
12)考虑到电弧放电过程的随机性，从表5、表6及表7中可以看出，整体的误差偏小，并能够达到控制合闸时流经隔离开关两臂额定电流大小不变的同时，同时能够达到等效模拟高海拔条件的目的。
[0096]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。