一种可精确控制短路时刻的电力系统短路故障试验装置的制造方法
【专利说明】一种可精确控制短路时刻的电力系统短路故障试验装置
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种电力系统短路故障试验装置，尤其是涉及一种基于涡流驱动快速断路器精确控制短路时刻的电力系统短路故障试验装置。
【背景技术】
[0003]电力系统发生短路故障后，其短路电磁暂态过程对电力系统快速保护装置(阻抗保护是快速保护装置的一种)等有重要影响，要实现对保护装置的性能检测，就需要精确控制短路时刻，以便在最恶劣的检测时刻，获得保护装置性能的下限值。目前实验室短路故障试验装置多采用接触器实现，但是接触器分合闸时间具有很大的分散性，无法实现短路时刻的精确控制，更不能实现可控电压相角短路故障试验。而不同电压相角下的短路故障，其电磁暂态特性差异较大，会影响短路故障的识别，图3所示的两波形就是C相在不同电压相角下发生单相接地短路故障后，保护装置检测和切断短路电流所需时间存在较大差异；采用电力电子中的晶闸管的短路试验装置虽然可以实现可控电压相角短路故障试验，但是由于晶闸管导通残压较高，无法模拟金属性短路故障试验，且实现选相分闸时的接线复杂，成本高昂，可维护性和运行可靠性较差。因而，实现可控电压相角短路故障试验，研究不同电压相角下的短路故障的电磁暂态特性，对支撑短路故障快速识别和相控技术的研究以及满足对电网供电质量控制研究的需要，显得尤为重要。
[0004]涡流驱动快速断路器是一种采用电磁力驱动开关分合闸的快速开关，基于快速涡流驱动技术的快速开关不仅速度快，可以在5ms内实现分闸操作，1m内实现合闸操作，具有与电力电子技术的固态开关相媲美的动作速度的同时，在成本和可靠性方面也要优于固态开关；而且分散性小，由试验测试的分散性小于0.2ms。因而，基于涡流驱动快速断路器的故障试验装置可以实现短路时刻精确控制的短路故障试验。
[0005]目前市场上尚无成熟的基于涡流驱动快速断路器实现短路时刻精确控制的故障试验装置。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题，就是提供一种基于涡流驱动快速断路器短路时刻精确控制的电力系统短路故障试验装置，将涡流驱动快速断路器应用于短路故障试验装置，以实现可控电压相角短路故障试验。
[0007]解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:
一种可精确控制短路时刻的电力系统短路故障试验装置，其特征是:包括一个短路涡流驱动快速断路器1、三个真空接触器2、三个涡流驱动快速断路器3、三个电压互感器4和一个导通与开断相位控制器5 ；
所述的短路涡流驱动快速断路器I 一端接地线，各真空接触器2的一端分别与电力系统三相线路连接、另一端分别经涡流驱动快速断路器3后都与短路涡流驱动快速断路器I的另一端连接构成短路回路；各电压互感器4的一端与电力系统三相线路连接、另一端与导通与开断相位控制器5连接；所述的导通与开断相位控制器5的另一端与各涡流驱动快速开关3的另一端相连，用于检测电压互感器低压侧电压的相位，当满足条件时输出信号控制涡流驱动快速断路器的断开与闭合。
[0008]所述的涡流驱动快速断路器I的组成和连接关系为:包括真空灭弧室8、绝缘子9、涡流盘11和双稳机构13，所述的真空灭弧室8内设有静触头6和动触头7，动触头固定在一推杆的一端，推杆的中间固定有所述涡流盘11，推杆两端之间设有绝缘子9时两端绝缘，推杆的另一端上固定在所述的双稳机构13上；所述的涡流盘11前后，分别设有分闸线圈10和合闸线圈12 (没有与推杆固定)；所述的分闸线圈10及合闸线圈12的一端分别接分闸检测开关14和合闸检测开关15的负极、分闸线圈10及合闸线圈12的另一端分别经分闸储能电容16和合闸储能电容17后接入分闸检测开关14和合闸检测开关15的正极；另有充电电源18，其输出端连接在所述的分闸检测开关14和合闸检测开关15的正极、另一端分别连接在所述分闸线圈10及合闸线圈12的另一端。
[0009]所述的动触头通过推杆与涡流盘固定在一起，涡流盘上下动作，也就推动动触头上下动作。
[0010]所述的双稳机构指的是断路器中保持动触头7处于稳定状态的操作机构，动触头7保持在上面状态，与静触头6紧密接触，断路器则处于稳定闭合状态，反之，断路器处于稳定断开状态。由于开关动触头7动作很快，所以双稳机构13的一个重要作用是防止动触头7撞上静触头6后又跳开，即所谓开关弹跳。
[0011]其基本工作原理为:
(2-1)涡流驱动快速断路器在静止的情况下，分闸检测开关、合闸检测开关均断开，分闸线圈10和合闸线圈12均无电流流过，充电电源18向分闸储能电容16和合闸储能电容17充电，使得分闸电容和合闸电容具有与充电电源相同的端电压；
(2-2)涡流驱动快速断路器实现分闸的方式为:分闸检测开关14接收到来自主动配电网中与所述的电源进线断路器相连的控制器的分闸信号，在断路器中的正弦电流过零点时闭合，分闸储能电容16与分闸线圈10构成闭合回路，分闸储能电容16向分闸线圈10充电，分闸线圈上的充电电流产生感应磁场，感应磁场在涡流盘上感应出与分闸线圈上的电流同向的感应电流，该感应电流受到分闸线圈的充电电流的感应磁场的作用，在涡流盘上产生一个向下的作用力，涡流盘受到该作用力向下运动，电弧室中的动触头7向下运动，动触头7与静触头6间的距离增加，动触头7与静触头6间的电弧熄灭，实现分闸；
(2-3)涡流驱动快速断路器实现合闸的方式为:合闸检测开关15接收到来自主动配电网中与所述的备用电源进线断路器相连的控制器的合闸信号闭合。合闸储能电容与合闸线圈构成闭合回路，合闸储能电容向合闸线圈充电，合闸线圈上的充电电流产生感应磁场，感应磁场在涡流盘上感应出与合闸线圈上的电流同向的感应电流，该感应电流受到合闸线圈的充电电流的感应磁场的作用，在涡流盘上产生一个向上的作用力，涡流盘受到该作用力向上运动，电弧室中的动触头向上运动，动触头与静触头间发生接触，实现合闸。
[0012](3)基于涡流驱动快速断路器实现短路时刻精确控制的故障试验装置，在每次试验开始之前，导通与开断相位控制器预先设定短路时刻的电压相位和短路持续时间，计算短路时刻的电压相位与电压波形过零点之间的时间间隔。导通与开断相位控制器内置有电压相位过零检测装置，通过检测出电压互感器低压侧电压的过零点后经过输出合闸控制信号，控制涡流驱动快速断路器的合闸检测开关使其快速闭合，经过时间间隔后，导通与开断相位控制器输出分闸控制信号，控制涡流驱动快速断路器的分闸检测开关使其快速断开，即完成一次可控电压相角短路故障试验。
[0013](4)真空接触器主要通过有选择的断开与闭合，配合涡流驱动快速断路器，用于该短路故障试验装置实现不同短路故障，如单相接地短路故障、两相相间短路故障、两相接地短路故障和三相短路故障等。
[0014](4-1)以A相短路接地为例进行单相接地短路故障试验，连接A、B、C相的真空接触器开始均处于断开状态，闭合A相真空接触器，然后通过导通与开断相位控制器在导通相位时刻输出导通控制信号，使连接于A、B、C三相以及中线上的涡流驱动快速开关快速闭合，实现该相位时刻的单相接地短路故障试验。
[0015](4-2)以A、B两相短路为例进行两相相间短路故障试验，连接A、B、C相的真空接触器开始均处于断开状态，闭合A、B两相真空接触器，然后通过导通与开断相位控制器在导通相位时刻输出导通控制信号，使连接于A、B、C三相的涡流驱动快速开关快速闭合，实现该相位时刻的两相相间短路故障试验。
[0016](4-3)以A、B两相接地短路为例进行两相接地短路故障试验，连接A、B、C相的真空接触器开始均处于断开状态，闭合A、B两相真空接触器，然后通过导通与开断相位控制器在导通相位时刻输出导通控制信号，使连接于A、B、C三相以及中线上的涡流驱动快速开关快速闭合，实现该相位时刻的两相接地短路故障试验。
[0017](4-4)以A、B、C三相短路为例进行三相短路故障试验，连接A、B、C相的真空接触器开始均处于断开状态，闭合A、B、C三相真空接