張 炯，李桂芹

（河南森源電氣股份有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引 言

電力系統(tǒng)中，高壓交流斷路器主要起到切除系統(tǒng)出現(xiàn)的短路故障的作用，以保障電力系統(tǒng)。當(dāng)電網(wǎng)受到某種干擾后，整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)會(huì)在某些時(shí)候出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，隨著時(shí)間變化，其系統(tǒng)變量會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定變化，時(shí)而震動(dòng)、時(shí)而大幅度增加。高壓交流斷路器的主要作用就是利用某種動(dòng)作對(duì)整個(gè)電網(wǎng)穩(wěn)定性進(jìn)行保護(hù)。

1 大容量試驗(yàn)的意義與實(shí)現(xiàn)

1.1 對(duì)高壓交流斷路器開關(guān)與關(guān)合進(jìn)行試驗(yàn)的主要意義

高壓交流斷路器需在短路問題出現(xiàn)后及時(shí)切斷整個(gè)系統(tǒng)，以保證系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定。高壓交流斷路器各種關(guān)合與開斷試驗(yàn)主要是為了對(duì)斷路器的各種性能進(jìn)行考核，需要檢驗(yàn)滅弧室、其他部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇及制造工藝等是否合理，并對(duì)其結(jié)構(gòu)、相關(guān)性能與參數(shù)進(jìn)行多次地完善與再次修正[1]。

1.2 高壓交流斷路器短路開斷和關(guān)合試驗(yàn)主要方法

國(guó)家目前已經(jīng)對(duì)高壓交流斷路器明確規(guī)定其試驗(yàn)方法，主要有如下4個(gè)步驟，（1）基本斷路試驗(yàn)；（2）異相與單相接地故障相關(guān)試驗(yàn)；（3）近區(qū)的故障進(jìn)行試驗(yàn)；（4）失步開斷和關(guān)合試驗(yàn)。試驗(yàn)檢測(cè)過程中，為保證實(shí)驗(yàn)合理性與科學(xué)性，在考慮某些原則性問題時(shí)需要在電力系統(tǒng)背景下實(shí)施，并且利用大容量試驗(yàn)站對(duì)其進(jìn)行多次檢驗(yàn)[2]。

2 大容量試驗(yàn)站發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 大容量試驗(yàn)站要求與任務(wù)

大容量試驗(yàn)站的主要任務(wù)就是尋找等價(jià)試驗(yàn)方法，以滿足實(shí)際工況提出的要求與參數(shù)。同時(shí)，還需要不斷開發(fā)與研究一些小容量試驗(yàn)設(shè)備，以不斷完善大容量試驗(yàn)內(nèi)容。大容量試驗(yàn)站在選擇短路開斷和關(guān)合試驗(yàn)時(shí)，選擇的充分條件是實(shí)際參考電力系統(tǒng)中，保證斷路器開斷和關(guān)合短路過程中需要承受的電能負(fù)荷、電壓及電流具有等效意義。這個(gè)工作主要是從斷路器開斷行為特征、滅弧機(jī)理研究及電網(wǎng)短路故障開斷和關(guān)合需求等方面出發(fā)，利用大容量試驗(yàn)站設(shè)備積累大量數(shù)據(jù)，隨后經(jīng)過專門方法對(duì)其進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析與研究。這需要在正式投入使用前確定試驗(yàn)回路前期與試驗(yàn)方法，對(duì)其進(jìn)行深入與廣泛的理論研究，使試驗(yàn)方法等價(jià)性得到論證。

2.2 大容量試驗(yàn)站功率源類型

關(guān)于大容量試驗(yàn)站功率源的主要工作就是對(duì)短路情況進(jìn)行多次試驗(yàn)。這是因?yàn)楣β什煌蜁?huì)導(dǎo)致試驗(yàn)存在不同類型。高壓交流斷路器在特高壓輸電相關(guān)工程中占據(jù)重要地位。

2.3 大容量試驗(yàn)站關(guān)鍵設(shè)備

大容量試驗(yàn)中的一些關(guān)鍵設(shè)備包括控制與保護(hù)裝置、關(guān)合裝置、人工鏈路、功率因數(shù)電阻、調(diào)節(jié)電抗器、TRV調(diào)頻裝置、短路變壓器、合閘開關(guān)、保護(hù)開關(guān)、振蕩回路及短路發(fā)電機(jī)。短路發(fā)電機(jī)系統(tǒng)主要是由保護(hù)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)、潤(rùn)滑系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)組成。短路發(fā)電機(jī)有3個(gè)暫態(tài)運(yùn)行階段，分別是穩(wěn)態(tài)階段、瞬變階段及超瞬變階段。通常，短路開關(guān)試驗(yàn)主要處于瞬變階段。振蕩回路大廳主要是由點(diǎn)火裝置、充電系統(tǒng)、延弧、電阻堆、高頻電抗堆、電頻電容塔及主電容塔組成；其他重要設(shè)備包括近區(qū)故障試驗(yàn)人工鏈路、短路變壓器及關(guān)合裝置。

3 大容量短路試驗(yàn)原理和技術(shù)

3.1 實(shí)現(xiàn)方法

3.1.1 直接試驗(yàn)與合成試驗(yàn)

直接試驗(yàn)指的是外施電壓、電流、瞬態(tài)及工頻恢復(fù)電壓都依靠一個(gè)單電源回路獲得的試驗(yàn)，通常由短路發(fā)電機(jī)、網(wǎng)絡(luò)電源作為大功率試驗(yàn)電源。合成試驗(yàn)則是指全部電流或大部分電流從某一個(gè)電源中獲得，而恢復(fù)電壓與外施電壓全部從多個(gè)電源獲得的試驗(yàn)。受試驗(yàn)站設(shè)備容量、試驗(yàn)技術(shù)難度及經(jīng)濟(jì)性情況限制，應(yīng)當(dāng)在試驗(yàn)中將關(guān)合與開斷進(jìn)行分開，即拆分出短路關(guān)合試驗(yàn)與短路開斷試驗(yàn)。合成試驗(yàn)可以選擇的電壓源回路包括電壓器回路或者振蕩回路。

3.1.2 合成試驗(yàn)與直接試驗(yàn)選擇依據(jù)

合成試驗(yàn)與直接試驗(yàn)存在明顯不同，且合成試驗(yàn)更加復(fù)雜。在同樣電壓情況下進(jìn)行的短路試驗(yàn)，直接試驗(yàn)需要的容量比合成試驗(yàn)大。選擇合適的試驗(yàn)方法過程中需要從多個(gè)方面考慮，包括試驗(yàn)站功率容量、被試斷路器電壓等級(jí)、實(shí)際需求及項(xiàng)目容量等。一些實(shí)驗(yàn)使用的試驗(yàn)站功率源也很小，應(yīng)該選擇合成試驗(yàn)方法做試驗(yàn)[4]。

3.2 短路開斷和關(guān)合直接試驗(yàn)

直接試驗(yàn)中關(guān)于短路試驗(yàn)的容量主要源自電流回路。能夠有效分析其中有關(guān)高壓交流斷路器在開斷與關(guān)合試驗(yàn)中必須承載的電磁能量負(fù)荷、電流負(fù)荷、電壓負(fù)荷，直接試驗(yàn)和參考系統(tǒng)條件具有等量性。高壓交流斷路器短路開斷和關(guān)合試驗(yàn)，能夠在直接試驗(yàn)中會(huì)對(duì)其進(jìn)行同時(shí)驗(yàn)證與考核[3]。

3.3 短路開斷合成試驗(yàn)

根據(jù)電路原理可以將其分為串聯(lián)電流引入回路、并聯(lián)電流引入回路、串聯(lián)電壓引入回路、并聯(lián)電壓引入回路及變壓器回路等。此外，還可以根據(jù)試驗(yàn)情況分為三相回路、單相回路。兩種電流在引入回路試驗(yàn)中，具有調(diào)整線路方便、波形好及容量小等優(yōu)點(diǎn)，而主要缺點(diǎn)就是電壓高的問題。斷路器電流開斷過程中的三個(gè)階段都是合成試驗(yàn)方法理論基礎(chǔ)，合成試驗(yàn)方法能夠?qū)Ρ辉嚨臄嗦菲魇┘痈浞值呢?fù)荷[5]。

4 結(jié) 論

關(guān)于大容量的短路開斷與相關(guān)關(guān)合試驗(yàn)的主要目的是給高壓交流斷路器后期的使用、研發(fā)等提供一定參考。利用相關(guān)參考內(nèi)容，對(duì)相同條件的電流負(fù)荷與電壓進(jìn)行多次試驗(yàn)，成為當(dāng)前判斷高壓交流器能力最好的方法。通過這種方法，可以給產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研發(fā)提供大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，也能為設(shè)計(jì)指明設(shè)計(jì)方向，保證生產(chǎn)出的產(chǎn)品能夠有效滿足實(shí)際工程需求。由于整個(gè)試驗(yàn)電弧參數(shù)測(cè)量困難、試驗(yàn)難度大、試驗(yàn)技術(shù)高、電弧參數(shù)困難及電磁暫態(tài)過程十分復(fù)雜等問題，因此進(jìn)行大容量關(guān)合與開斷試驗(yàn)成為整個(gè)試驗(yàn)的重要部分。