CN110346714A - 模拟断路器工况运行方法、装置以及线路***、测试设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电气设备带电检测技术领域，具体而言，涉及一种模拟断路器工况运行方法、装置以及线路***、测试设备。本申请提供一种模拟断路器工况运行装置，包括：充电电流路径1，包括第一开关元件2和高压直流源10，与第一开关元件2串联的并且包括被相互串联地布置的第一电感发生元件5、第一电容器4和第二电阻元件7；放电电流路径3，与充电电流路径1并联地布置，包括第二开关元件8，与第二开关元件8串联布置的断路器9。放电电流路径3被导通时，第一电容器4、第一电感发生元件5和第二电阻元件7相对于电力***的线路频率而被调谐，使得其形成所述线路频率下的串联谐振电路。

Description

模拟断路器工况运行方法、装置以及线路***、测试设备

技术领域

本申请涉及电气设备带电检测技术领域，具体而言，涉及一种模拟断路器工况运行方法、装置以及线路***、测试设备。

背景技术

断路器是电力***的重要设备之一，承担着电力的传输和控制等任务，其安全运行非常重要。因此，如何避免意外停电、最大限度地缩短停电时间、减少设备维护的费用、延长设备的寿命、实现设备的最大化利用，已成为电力行业当前的重要课题，并且其中蕴含着巨大的经济效益和社会效益。

对于断路器动作特性的检测而言，当前实验室采用的高压电源受输出功率的限制，高压电源能输出高电压，但不能输出大电流；或者能输出大电流，但输出电压等级不高。二者均无法实现模拟断路器现场的运行情况。并且由于在实验室进行断路器分闸模拟时，现有的高压电源很难模拟断路器工况运行时的高电压、大电流。因此在实验室模拟试验时，一直采用断路器模型进行试验，所得的结论与实际工况有无区别还有待验证。

因此，如何在实验室条件下提出一种能够产生稳定高电压，大电流的电路，提高模拟断路器工况运行的准确度，提高对断路器动作特性研究的可靠性，成为了亟待解决的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种模拟断路器工况运行的装置及方法，通过设置并联的充电电流路径和放电电流路径，在放电时形成串联谐振电路，为断路器分闸模拟出高电压、大电流的场景，提高模拟断路器工况运行的准确度。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请实施例第一方面提供一种模拟断路器工况运行装置，包括：

充电电流路径1，其包括第一开关元件2和高压直流源10，以及与第一开关元件2串联的并且包括被相互串联地布置的第一电感发生元件5、第一电容器4和第二电阻元件7；

放电电流路径3，其被与充电电流路径1并联地布置，并且包括第二开关元件8，以及与第二开关元件8串联布置的断路器9，当所述放电电流路径3被导通时，所述第一电容器4、第一电感发生元件5和第二电阻元件7相对于电力***的线路频率而被调谐，使得其形成所述线路频率下的串联谐振电路。

可选地，所述充电电流路径1还包括与第一开关元件2相互串联地布置的包括第一电阻元件6的耗散电路。

可选地，所述放电电流路径3还包括与第二开关元件8相互串联地布置的包括第三电阻元件11的耗散电路。

可选地，所述电感发生元件是由电感器形成的。

本申请实施例第二方面提供一种模拟断路器工况运行装方法，包括：

闭合第一开关元件2，关断第二开关元件8，充电电流路径1导通，由高压直流源10向第一电容器4充电，当电压达到所需电压等级时，充电完成；

关断第一开关元件2，闭合第二开关元件8，放电电流路径3导通形成串联谐振电路，放电电流路径3获得最大电流；

执行断路器9分闸操作，获取模拟电力***断路器9分闸时高电压、大电流的电路状态。

本申请实施例第三方面提供一种线路***，其包括根据本申请实施例第一方面提供的发明内容的至少任一项所述的模拟断路器工况运行装置。

可选地，所述线路***为DC***。

本申请实施例第四方面提供一种测试设备，所述测试设备包括根据本申请实施例第一方面提供的发明内容中至少任一项所述的模拟断路器工况运行装置位于所述测试设备的内部。

本申请实施例的有益效果包括：通过设置并联的充电电流路径和放电电流路径，在放电时形成串联谐振电路，可以在实验室中为断路器分闸模拟出高电压、大电流的实际运行场景，更加符合断路器实际的运行工况，提高模拟断路器工况运行的准确度，提高对断路器动作特性研究的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了根据本申请的一个实施例模拟断路器工况运行的电路图；

图2示出了根据本申请的一个实施例向电容充电的电路图；

图3示出了根据本申请的一个实施例电容与电感构成串联谐振电路图；

图标：1-充电电流路径；2-第一开关元件；3-放电电流路径；4-第一电容器；5-第一电感发生元件；6-第一电阻元件；7-第二电阻元件；8-第二开关元件；9-断路器；10-高压直流源；11-第三电阻元件。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

第一实施例

在电阻、电感及电容所组成的串联电路内，当容抗XC与感抗XL相等时，即XC＝XL，电路中的电压U与电流I的相位相同，电路呈现纯电阻性，这种现象叫串联谐振。当电路发生串联谐振时电路中总阻抗最小，电流将达到最大值。

串联谐振电路具备以下特点，总阻抗值最小；电源电压一定时，电流最大；电路呈电阻性，电容或电感上的电压可能高于电源电压。

谐振时电路中电路向电源吸收的能量Q＝0，串联谐振时电路能量交换在电路内部的电场与磁场间进行。电源只向电阻以及耗散电路提供能量。

利用串联谐振产生工频高电压，应用在高电压技术中，为断路器等电力设备做耐压试验，可以有效的发现设备中危险的集中性缺陷，是检验电气设备绝缘强度的最有效和最直接的方法。

图1示出了根据本申请的一个实施例模拟断路器工况运行的电路图。

本申请提供的一种模拟断路器工况运行装置，包括：充电电流路径1和与其并联连接的放电电流路径3。

如图1所示，充电电流路径1包括第一开关元件2和高压直流源10，所述第一开关元件2和高压直流源10以串联的方式连接。在一些实现方式中，所述第一开关元件2可以具体的设置为机械开关元件，也可以设置为可控半导体开关元件，所述可控半导体开关元件可以是可控晶闸管、GTO、IGBT或IGCT等。

在图1中，高压直流源10被设置在网络中的两个点或此类网络之间的结点，通过第一开关元件2的控制使得所述高压直流源在不同的电流路径之间切换。

所述充电电流路径1还包括与第一开关元件2串联的并且包括被相互串联地布置的第一电感发生元件5、第一电容器4和第二电阻元件7。

优选地，第一电感发生元件5具体的可以设置为电感器。

优选地，充电电流路径1还包括与第一开关元件2相互串联地布置的包括第一电阻元件6的耗散电路，用于在充电时调节充电电流路径1的充电电流，并且消耗部分环路能量，防止第一电容器4发生过热的现象。在一些实现方式中，作为耗散电路的第一电阻元件6，根据器件的额定值，第一电阻元件6可以是类似器件的一组或串联或并联组合，其整体地充当单个元件或器件。

放电电流路径3，被与充电电流路径1并联地布置，并且包括第二开关元件8，以及与第二开关元件8串联布置的断路器9。在一些实现方式中，所述第二开关元件8可以具体的设置为机械开关元件，也可以设置为可控半导体开关元件，所述可控半导体开关元件可以是可控晶闸管、GTO、IGBT或IGCT等。

断路器9被用于电流的中断。当线路***中发生短路或过载时，断路器9关断或者是导通之前会经历一段时间，这段时间为线路频率的数个额定的周期时间。然后，电弧就会由于高压位差产生，最初对线路电流无影响。断路器9的动触点和静触点接触的区域，其中等离子体可以被冷却，以防止再次电弧，这中电弧电流只能在它的固定的零点处消失。

放电电流路径3被导通的条件是关断第一开关元件2，闭合第二开关元件8，放电电流路径3导通形成串联谐振电路，放电电流路径3获得最大电流。此时电流不再通过高压直流源10和第一电阻元件6。

优选地，放电电流路径3还包括与第二开关元件8相互串联地布置的包括第三电阻元件11的耗散电路。用于在放电时调节放电电流路径3的放电电流，并且消耗部分环路能量，防止断路器9发生过热的现象。在一些实现方式中，作为耗散电路的第三电阻元件11，根据器件的额定值，第三电阻元件11可以是类似器件的一组或串联或并联组合，其整体地充当单个元件或器件。

本申请提出一种模拟断路器工况运行装方法，如图2和图3所示。

闭合第一开关元件2，关断第二开关元件8，充电电流路径1导通，如图2所示。由高压直流源10向第一电容器4充电，电流流径第一电阻元件6、第一开关元件2、第一电感发生元件5、第二电阻元件7和第一电容器4，当第一电容器4电压达到所需电压等级时，充电完成。

关断第一开关元件2，闭合第二开关元件8，放电电流路径3导通，放电电流流径第二电阻元件7、第一电感发生元件5、断路器9、第二开关元件8和第三电阻元件11形成串联谐振电路，放电电流路径3获得最大电流。

执行断路器9分闸操作，获取模拟电力***断路器9分闸时高电压、大电流的电路状态。

在图3所示，第一电感发生元件5和第一电容器4和被关于其中布置了断路器的网络的线路频率进行调谐，使得其在电流仅通过本发明的断路器的放电电流路径3传导时的正常操作期间形成在所述线路频率下的完美谐振电路。从而，当断路器在没有断开时，由所述第一电容器4和第一电感发生元件5的组合生成几乎零阻抗，此时放电电流路径3的电流达到最大。

此时放电电流路径3的电流达到最大时，保持其断路器9两端的电压足够高以使得操作断路器9断开时断路器内的触点之间能够发生起弧。

在断路器9被连接到的功率***的线路频率下，放电电流路径3中的第一电容器4和第一电感发生元件5的串联组合形成串联谐振电路，条件是其组件被调谐至线路频率。因此，在此状态下，由此提出的布置提供的阻抗与断路器9的那些几乎相同，因为第一电容器4和第一电感发生元件5的串联组合在线路频率下提供几乎零阻抗。

对于预定操作条件而言，断路器9具有预定电弧电压，所述预定条件可以包括断路器气氛，所述气氛为机械开关元件的触点区域中的压力、温度和气体混合物的类型。在关断断路器9的操作发生之后，触点之间的起弧，应保持断路器9两端的电压足够高。为了保证断路器9可以起弧，电压必须在气隙两端的临界电压斜率之上。

在一些实现方式中，第一电感发生元件5具体可以是变压器形成的，其次级绕组与一个开关元件(图中未显示)串联地连接，变压器的初级绕组被与放电电流路径3中的第一电容器4串联地连接。

在本实施例中，第一电阻元件6，第三电阻元件11分别与充电电流路径1和放电电流路径3布置为耗散电路。该耗散电路可以是能够关于断路器的电流中断活动在中断动作时耗散能量的任何种类的电路或***。然而，在充电电流路径1和放电电流路径3电流低或非常低的情况下，可以省略该耗散电路。

本申请还提供了一种线路***，所述的线路***包括本实施例所述的模拟断路器工况运行装置，其***可以为交流***，也可以为直流***。

本申请还提供了一种测试设备，所述测试设备包括本实施例所述的模拟断路器工况运行装置，所述装置位于所述测试设备的内部。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种模拟断路器工况运行装置，其特征在于，包括：

充电电流路径(1)，其包括第一开关元件(2)和高压直流源(10)，以及与第一开关元件(2)串联的并且包括被相互串联地布置的第一电感发生元件(5)、第一电容器(4)和第二电阻元件(7)；

放电电流路径(3)，其被与充电电流路径(1)并联地布置，并且包括第二开关元件(8)，以及与第二开关元件(8)串联布置的断路器(9)，当所述放电电流路径(3)被导通时，所述第一电容器(4)、第一电感发生元件(5)和第二电阻元件(7)相对于电力***的线路频率而被调谐，使得其形成所述线路频率下的串联谐振电路。

2.根据权利要求1所述的一种模拟断路器工况运行装置，其特征在于，所述充电电流路径(1)还包括与第一开关元件(2)相互串联地布置的包括第一电阻元件(6)的耗散电路。

3.根据权利要求1所述的一种模拟断路器工况运行装置，其特征在于，所述放电电流路径(3)还包括与第二开关元件(8)相互串联地布置的包括第三电阻元件(11)的耗散电路。

4.根据权利要求1所述的一种模拟断路器工况运行装置，其特征在于，所述电感发生元件是由电感器形成的。

5.一种模拟断路器工况运行装方法，其特征在于，包括：

闭合第一开关元件(2)，关断第二开关元件(8)，充电电流路径(1)导通，由高压直流源(10)向第一电容器(4)充电，当电压达到所需电压等级时，充电完成；

关断第一开关元件(2)，闭合第二开关元件(8)，放电电流路径(3)导通形成串联谐振电路，放电电流路径(3)获得最大电流；

执行断路器(9)分闸操作，获取模拟电力***断路器(9)分闸时高电压、大电流的电路状态。

6.一种线路***，其特征在于，其包括根据权利要求1-4中的任一项所述的模拟断路器工况运行装置。

7.根据权利要求6所述的线路***，其特征在于，所述线路***为DC线路***。

8.一种测试设备，其特征在于，所述测试设备包括至少一个根据权利要求1至4中任一项所述的模拟断路器工况运行装置位于所述测试设备的内部。