CN207730878U - 一种高压sf6断路器弧后介质恢复特性的检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于高电压技术与高压电器技术领域，尤其涉及一种高压SF6断路器弧后介质恢复特性的检测装置。该装置包括直流倍压回路，动态击穿回路，控制保护***，试验测量***，被试断路器CB，大容量试验***电源；是由直流倍压回路、动态击穿回路、被试断路器CB及大容量试验***电源依次相连接；试验测量***分别与动态击穿回路和被试断路器CB相连接；控制保护***分别与动态击穿回路、被试断路器及大容量试验***电源相连接。本实用新型避免以往断路器仿真计算得出介质恢复特性曲线所带来的计算误差，利用其试验的方法具有普遍性，能增大介质恢复特性测量的准确性，提高试验测量效率和精度，保证试验结果可靠性，应用范围广，经济效益前景可观。
Description
技术领域
本实用新型属于高电压技术与高压电器技术领域，尤其涉及一种高压SF6断路器弧后介质恢复特性的检测装置。
背景技术
高压SF6断路器弧后重击穿现象会产生幅值高、频率大的操作过电压，危害电力***设备的绝缘安全。断路器能否发生重击穿主要取决于断路器弧后介质绝缘强度与触头间瞬态恢复电压(TRV)的比较，瞬态恢复电压大于介质绝缘强度则发生重击穿现象。断路器弧后介质绝缘强度随开距或时间的变化曲线则称为介质恢复特性。在断路器开断型式试验中，只考核断路器在不同开断容量、不同工况条件下，按照标准给出的TRV曲线，能否开断成功，没有对弧后介质恢复特性做标准要求。弧后介质恢复特性是决定断路器开断容量及可靠性的核心因素，是断路器生产设计单位重点关注的技术曲线，直接影响断路器灭弧室结构设计、绝缘配合、操动机构选取等关键环节。目前国内外还没有针对高压SF6断路器弧后介质恢复特性检测的成熟技术方法。
实用新型内容
本实用新型针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种高压SF6断路器弧后介质恢复特性的检测装置，它是基于高压SF6断路器大容量开断合成回路的介质恢复特性检测装置。目的是为了准确测量断路器弧后介质恢复特性，为断路器生产设计单位提供设计参考，为断路器运行维护单位提供技术支持。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高压SF6断路器弧后介质恢复特性的检测装置，包括直流倍压回路，动态击穿回路，控制保护***，试验测量***，被试断路器CB，大容量试验***电源；具体是由直流倍压回路、动态击穿回路、被试断路器CB及大容量试验***电源依次相连接；试验测量***分别与动态击穿回路和被试断路器CB相连接；控制保护***分别与动态击穿回路、被试断路器及大容量试验***电源相连接。
所述直流倍压回路包括交流升压变压器T、直流电容器C1、直流电容器C2、直流电容器C3及直流电容器C4，高压硅堆D2、高压硅堆D3及高压硅堆D4；其中，交流升压变压器T高压侧出线端与直流电容器C2进线端连接，交流升压变压器T高压侧接地端与直流电容器C1进线端和高压硅堆D1进线端连接，直流电容器C2出线端分别与高压硅堆D1出线端、高压硅堆D2进线端和直流电容器C4进线端连接，直流电容器C1出线端分别与高压硅堆D2出线端、高压硅堆D3进线端和直流电容器C3进线端连接，直流电容器C4出线端分别与高压硅堆D3出线端、高压硅堆D4进线端，直流电容器C3出线端分别与高压硅堆D4出线端、高压电阻R进线端和脉冲电容器C5进线端连接。
所述动态击穿回路包括脉冲电容器C5，第二脉冲电容器C6，电容分压器C7，电阻分压器R1，电阻分压器R2，电容器充电电阻R；其中，脉冲电容器C5的进线端与电容器充电电阻R进线端、直流电容器C3出线端、高压硅堆D4出线端连接，脉冲电容器C5的出线端接地，电容器充电电阻R出线端与第二脉冲电容器C6进线端、电阻分压器R1进线端和断路器CB1进线端连接，第二脉冲电容器C6出线端与电容分压器C7进线端和示波器信号输入端连接，电容分压器C7的出线端接地，电阻分压器R1出线端与电阻分压器R2进线端和示波器信号输入端连接，电阻分压器R2的出线端接地；脉冲电容器C5电容值为0.5uF，第二脉冲电容器C6电容值为200pF，脉冲电容器C5、第二脉冲电容器C6额定工作电压与直流倍压回路输出的直流电压抑制。
所述该电路的控制保护***包括断路器CB1、断路器CB2及断路器CB3，电流互感器CT，PLC试验控制单元；其中，断路器CB1进线端与电阻分压器R1进线端、第二脉冲电容器C6进线端和高压电阻R出线端连接，断路器CB1出线端与断路器CB2进线端和电流互感器CT进线端连接，断路器CB2出线端与断路器CB3进线端连接，断路器CB3出线端与大容量试验电源连接，电流互感器CT出线端与被试断路器CB5进线端连接，电流互感器CT采集的控制信号与PLC试验控制单元输入端连接，PLC试验控制单元输出端分别与断路器CB1、断路器CB2、断路器CB3、被试断路器CB5的操动机构控制信号输入端连接。
所述试验测量***，包括断路器行程角位移传感器CG和高压示波器；其中，断路器行程角位移传感器CG与被试断路器CB5操动机构绝缘拉杆转轴连接，断路器行程角位移传感器CG输出信号线与高压示波器连接。
所述大容量试验***电源为专业试验室挂网直接电源，采用六台220kV/44MVA单相试验变压器，可输出最大的短路电流值为63kA。
所述被试断路器CB为40.5kV到800kV高压SF6断路器。
本实用新型的优点及效果是：
1、对高压SF6断路器弧后介质恢复特性曲线进行直接测量，避免以往断路器仿真计算得出介质恢复特性曲线所带来的计算误差。
2、利用本装置进行高压SF6断路器弧后介质恢复特性检测，可以根据试验***容量普遍应用到40.5kV-1100kV电压等级断路器，利用其试验的方法具有普遍性。
3、采用脉冲电容器的充放电原理，可以通过控制电容器充放电时间常数调节击穿电压采点频率，增大介质恢复特性测量的准确性。
4、采用数值分析的方法对不同开距的击穿电压进行分析，给出介质恢复特性曲线，提高试验测量效率和精度。
5、实现试验测量结果的自动判断分析，提出有问题的弧后击穿点电压及开距值，保证试验结果可靠性。
6、该装置可以广泛应用，效益可观。
附图说明
下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型***结构示意图；
图2是本实用新型断路器弧后介质恢复特性电路结构原理示意图；
图3是本实用新型***输出电压波形图；
图4是本实用新型介质恢复特性试验结果及拟合曲线图。
图中：直流倍压回路1，动态击穿回路2，控制保护***3，试验测量***4，被试断路器CB5，大容量试验***电源6，PLC试验控制单元7，高压示波器8，交流升压变压器T，直流电容器C1，直流电容器C2，直流电容器C3，直流电容器C4,高压硅堆D1，高压硅堆D2，高压硅堆D3，高压硅堆D4，脉冲电容器C5，第二脉冲电容器C6，电容分压器C7，电阻分压器R1，电阻分压器R2，电容器充电电阻R，断路器CB1，断路器CB2，断路器CB3，电流互感器CT，断路器行程角位移传感器CG。
具体实施方式
本实用新型是一种高压SF6断路器弧后介质恢复特性的检测装置，包括直流倍压回路1，动态击穿回路2，控制保护***3，试验测量***4，被试断路器CB5，大容量试验***电源6。具体是由直流倍压回路1、动态击穿回路2、被试断路器CB5及大容量试验***电源6依次相连接；试验测量***4分别与动态击穿回路2和被试断路器CB5相连接；控制保护***3分别与动态击穿回路2、被试断路器5及大容量试验***电源6相连接。
所述直流倍压回路1包括交流升压变压器T、直流电容器C1、直流电容器C2、直流电容器C3及直流电容器C4，高压硅堆D1、高压硅堆D2、高压硅堆D3及高压硅堆D4。其中，交流升压变压器T高压侧出线端与直流电容器C2进线端连接，交流升压变压器T高压侧接地端与直流电容器C1进线端和高压硅堆D1进线端连接，直流电容器C2出线端分别与高压硅堆D1出线端、高压硅堆D2进线端和直流电容器C4进线端连接，直流电容器C1出线端分别与高压硅堆D2出线端、高压硅堆D3进线端和直流电容器C3进线端连接，直流电容器C4出线端分别与高压硅堆D3出线端、高压硅堆D4进线端，直流电容器C3出线端分别与高压硅堆D4出线端、高压电阻R进线端和脉冲电容器C5进线端连接，如图2所示。主要是通过交流升压变压器T将AC220V电压升至AC50kV到AC250kV之间，由于被试断路器CB5的电压等级不同，可根据调被试断路器弧后瞬态恢复电压峰值要求整倍压回路串接电容器和高压硅堆个数，将升压器电压整流变换为合适的直流电压U。具体参数如表1所示。
该电路的动态击穿回路2包括脉冲电容器C5，第二脉冲电容器C6，电容分压器C7，电阻分压器R1，电阻分压器R2，电容器充电电阻R。其中，脉冲电容器C5的进线端与电容器充电电阻R进线端、直流电容器C3出线端、高压硅堆D4出线端连接，脉冲电容器C5的出线端接地，电容器充电电阻R出线端与第二脉冲电容器C6进线端、电阻分压器R1进线端和断路器CB1进线端连接，第二脉冲电容器C6出线端与电容分压器C7进线端和示波器8信号输入端连接，电容分压器C7的出线端接地，电阻分压器R1出线端与电阻分压器R2进线端和示波器8信号输入端连接，电阻分压器R2的出线端接地。脉冲电容器C5电容值为0.5uF，第二脉冲电容器C6电容值为200pF，脉冲电容器C5、第二脉冲电容器C6额定工作电压与直流倍压回路1输出的直流电压抑制，如表1所示。电容分压器C7、电阻分压器R1及电阻分压器R2可根据直流电压适当选择。电容器充电电阻R可调节脉冲电容器C5对第二脉冲电容器C6的充电时间常数，从而调整动态击穿电压点的时间间隔。根据试验要求和数据采集频率要求，可设置电阻值分别为：0.5MΩ、1MΩ、1.5MΩ。通过直流倍压回路1对脉冲电容器C5进行充电至额定电压，脉冲电容器C5通过电容器充电电阻R对第二脉冲电容器C6进行动态充电。
该电路的控制保护***3包括断路器CB1、断路器CB2及断路器CB3，电流互感器CT，PLC试验控制单元7。其中，断路器CB1进线端与电阻分压器R1进线端、第二脉冲电容器C6进线端和高压电阻R出线端连接，断路器CB1出线端与断路器CB2进线端和电流互感器CT进线端连接，断路器CB2出线端与断路器CB3进线端连接，断路器CB3出线端与大容量试验电源连接，电流互感器CT出线端与被试断路器CB5进线端连接，电流互感器CT采集的控制信号与PLC试验控制单元7输入端连接，PLC试验控制单元7输出端分别与断路器CB1、断路器CB2、断路器CB3、被试断路器CB5的操动机构控制信号输入端连接，如图2所示。通过检测电流互感器CT的电流信号，判断断路器电弧过零是否熄弧，从而控制断路器CB1、断路器CB2及断路器CB3的分合闸操作。
所述的试验测量***4，包括断路器行程角位移传感器CG和高压示波器8。其中，断路器行程角位移传感器CG与被试断路器CB5操动机构绝缘拉杆转轴连接，断路器行程角位移传感器CG输出信号线与高压示波器8连接。通过高压示波器检测电容分压器的电压信号，时刻记录被试断路器熄弧后断口间的电压值；通过高压示波器检测电阻分压器的电压信号，时刻记录直流倍压回路输出的直流电压值；通过高压示波器检测被试断路器操动机构转轴上的角位移信号，时刻记录被试断路器的行程信号。
所述大容量试验***电源6为专业试验室挂网直接电源，采用六台220kV/44MVA单相试验变压器，可输出最大的短路电流值为63kA。
所述被试断路器CB5可为40.5kV到800kV高压SF6断路器。
本实用新型是按如下技术方案来实施的：
如图1和图2所示，图1是本实用新型***结构示意图，图2是本实用新型断路器弧后介质恢复特性电路结构原理示意图。通过交流升压变压器T和直流倍压回路对动态击穿回路中的脉冲电容器C5进行充电至额定电压，脉冲电容器C5对第二脉冲电容器C6进行动态充电，第二脉冲电容器C6与被试断路器断口并联，在弧后介质绝缘强度小于第二脉冲电容器C6充电电压时第二脉冲电容器C6对断路器断口间隙放电，随着断口间距增大，记录不同开距下的介质击穿电压值，直到间距足够大，第二脉冲电容器C6充电电压不足以击穿断口间介质为止。大容量试验***电源6为被试断路器提供10A到63kA的电流，可以调节不同开断电流值，检测不同开断电弧作用下的弧后介质恢复特性曲线。通过试验测量***4时刻记录断路器行程及断口电压信号。如图3所示，图3是本实用新型***输出电压波形图。提取不同开距下的击穿电压值，通过数值分析给出弧后介质恢复特性曲线，如图4所示，图4是本实用新型介质恢复特性试验结果及拟合曲线图。
本实用新型以126kV被试断路器为例，测量弧后介质恢复特性曲线，具体操作流程如下：
a.被试断路器CB处于闭合状态，断路器CB1断开，断路器CB2断开，断路器CB3闭合。
b.接通交流升压变压器T低压侧AC220V电源，将交流升压变压器T高压侧电压调节至100kV，通过直流电容器C1、直流电容器C2、直流电容器C3、直流电容器C4和高压硅堆D1、高压硅堆D2、高压硅堆D3、高压硅堆D4组成的直流倍压回路将电压调整至DC400kV，通过电阻分压器R1和电阻分压器R2采集的电压信号检测直流倍压回路输出电压值，防止电压过高损害设备。
c.通过直流倍压回路对脉冲电容器C5(0.5uF)进行充电至额定工作电压DC400kV，充电完成后断开交流升压变压器T电源。
d.通过大容量试验***电源提供10A到63kA的电流值，本次选择提供10kA电流值。通过大容量试验***预期试验，检测电流波形幅值及频率是否满足要求，设定电流开断相位，调整燃弧时间。
e.通过PLC试验控制单元7控制断路器CB2合闸操作，此时通过电流互感器CT检测电流波形，被试断路器CB检测到短路电流后进行分闸操作，断口间存在开断电弧。
f.通过电流互感器CT检测的电流波形判断被试断路器CB开断电弧是否熄灭，确定电弧熄灭后，通过试验控制单元控制断路器CB3分闸操作，断路器CB1合闸操作。
g.断路器CB1合闸的瞬间，由于被试断路器CB弧触头间隙介质绝缘强度较低，小于与断口间隙并联的第二脉冲电容器C6电压，断口介质被击穿，第二脉冲电容器C6放电。
h.第二脉冲电容器C6放电后，脉冲电容器C5对第二脉冲电容器C6进行充电，此时断口间距增大，介质绝缘强度进一步恢复。当第二脉冲电容器C6充电电压再次大于断口间介质绝缘强度时，断口介质再次被击穿，第二脉冲电容器C6再次放电。
i.随之被试断路器断口间距增大，重复发生第二脉冲电容器C6充电、放电过程，直到断口间距足够大，弧触头间介质绝缘强度恢复到第二脉冲电容器C6充电电压不足以击穿为止。
j.通过高压示波器采集电容分压器C7与断路器行程角位移传感器CG信号，记录被试断路器熄弧后不同开距下的击穿电压和断路器弧触头行程波形，如图3所示。
k.对比断路器弧触头行程与断口间隙电压曲线，提取每一次介质击穿过程的开距值与击穿电压值。
l.通过10次试验统计十组数据，应用数值分析方法对数据进行处理，去掉奇异击穿点，保证数据的可靠性。对试验击穿电压值进行数据拟合，给出介质恢复特性曲线，如图4所示。
m.通过改变直流倍压回路输出电压极性、被试断路器开断电流幅值及相角、断路器开断速度、灭弧室SF6气体充气压力等试验条件，检测不同工况下的介质恢复特性曲线。
表1：直流倍压回路元件参数表。
| 电压等级/kV | TRV峰值/kV | 直流电压U/kV | 变压器参数 | 电容器及硅堆个数n | 电容器参数 | 硅堆额定电压 |
| 40.5 | 74.5 | 100 | 220V/50kV | 2 | 0.1uF/DC100kV | DC100kV |
| 72.5 | 133 | 200 | 220V/50kV | 4 | 0.1uF/DC100kV | DC100kV |
| 126 | 322 | 400 | 220V/100kV | 4 | 0.1uF/DC200kV | DC200kV |
| 252 | 514 | 800 | 220V/200kV | 4 | 0.1uF/DC400kV | DC400kV |
| 363 | 741 | 1000 | 220V/250kV | 4 | 0.1uF/DC500kV | DC500kV |
| 550 | 1123 | 1500 | 220V/250kV | 6 | 0.1uF/DC500kV | DC500kV |
| 800 | 1633 | 2000 | 220V/500kV | 4 | 0.1uF/DC1000kV | DC1000kV |
Claims (7)
1.一种高压SF6断路器弧后介质恢复特性的检测装置，其特征是：包括直流倍压回路（1），动态击穿回路（2），控制保护***（3），试验测量***（4），被试断路器CB（5），大容量试验***电源（6）；具体是由直流倍压回路（1）、动态击穿回路（2）、被试断路器CB（5）及大容量试验***电源（6）依次相连接；试验测量***（4）分别与动态击穿回路（2）和被试断路器CB（5）相连接；控制保护***（3）分别与动态击穿回路（2）、被试断路器（5）及大容量试验***电源（6）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种高压SF6断路器弧后介质恢复特性的检测装置，其特征是：所述直流倍压回路（1）包括交流升压变压器T、直流电容器C1、直流电容器C2、直流电容器C3及直流电容器C4，高压硅堆D2、高压硅堆D3及高压硅堆D4；其中，交流升压变压器T高压侧出线端与直流电容器C2进线端连接，交流升压变压器T高压侧接地端与直流电容器C1进线端和高压硅堆D1进线端连接，直流电容器C2出线端分别与高压硅堆D1出线端、高压硅堆D2进线端和直流电容器C4进线端连接，直流电容器C1出线端分别与高压硅堆D2出线端、高压硅堆D3进线端和直流电容器C3进线端连接，直流电容器C4出线端分别与高压硅堆D3出线端、高压硅堆D4进线端，直流电容器C3出线端分别与高压硅堆D4出线端、高压电阻R进线端和脉冲电容器C5进线端连接。
3.根据权利要求1所述的一种高压SF6断路器弧后介质恢复特性的检测装置，其特征是：所述动态击穿回路（2）包括脉冲电容器C5，第二脉冲电容器C6，电容分压器C7，电阻分压器R1，电阻分压器R2，电容器充电电阻R；其中，脉冲电容器C5的进线端与电容器充电电阻R进线端、直流电容器C3出线端、高压硅堆D4出线端连接，脉冲电容器C5的出线端接地，电容器充电电阻R出线端与第二脉冲电容器C6进线端、电阻分压器R1进线端和断路器CB1进线端连接，第二脉冲电容器C6出线端与电容分压器C7进线端和示波器（8）信号输入端连接，电容分压器C7的出线端接地，电阻分压器R1出线端与电阻分压器R2进线端和示波器（8）信号输入端连接，电阻分压器R2的出线端接地；脉冲电容器C5电容值为0.5uF，第二脉冲电容器C6电容值为200pF，脉冲电容器C5、第二脉冲电容器C6额定工作电压与直流倍压回路（1）输出的直流电压抑制。
4.根据权利要求1所述的一种高压SF6断路器弧后介质恢复特性的检测装置，其特征是：所述控制保护***（3）包括断路器CB1、断路器CB2及断路器CB3，电流互感器CT，PLC试验控制单元（7）；其中，断路器CB1进线端与电阻分压器R1进线端、第二脉冲电容器C6进线端和高压电阻R出线端连接，断路器CB1出线端与断路器CB2进线端和电流互感器CT进线端连接，断路器CB2出线端与断路器CB3进线端连接，断路器CB3出线端与大容量试验电源连接，电流互感器CT出线端与被试断路器CB5进线端连接，电流互感器CT采集的控制信号与PLC试验控制单元（7）输入端连接，PLC试验控制单元（7）输出端分别与断路器CB1、断路器CB2、断路器CB3、被试断路器CB5的操动机构控制信号输入端连接。
5.根据权利要求1所述的一种高压SF6断路器弧后介质恢复特性的检测装置，其特征是：所述试验测量***（4），包括断路器行程角位移传感器CG和高压示波器（8）；其中，断路器行程角位移传感器CG与被试断路器CB5操动机构绝缘拉杆转轴连接，断路器行程角位移传感器CG输出信号线与高压示波器（8）连接。
6.根据权利要求1所述的一种高压SF6断路器弧后介质恢复特性的检测装置，其特征是：所述大容量试验***电源（6）为专业试验室挂网直接电源，采用六台220kV/44MVA单相试验变压器，可输出最大的短路电流值为63kA。
7.根据权利要求1所述的一种高压SF6断路器弧后介质恢复特性的检测装置，其特征是：所述被试断路器CB（5）为40.5kV到800kV高压SF6断路器。
Priority Applications (1)
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| CN201721304071.6U CN207730878U (zh) | 2017-10-11 | 2017-10-11 | 一种高压sf6断路器弧后介质恢复特性的检测装置 |
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| CN201721304071.6U CN207730878U (zh) | 2017-10-11 | 2017-10-11 | 一种高压sf6断路器弧后介质恢复特性的检测装置 |
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| CN207730878U true CN207730878U (zh) | 2018-08-14 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107797034A (zh) * | 2017-10-11 | 2018-03-13 | 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院 | 一种高压sf6断路器弧后介质恢复特性的检测装置及方法 |
-
2017
- 2017-10-11 CN CN201721304071.6U patent/CN207730878U/zh active Active
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