一种非对称短路电流开断试验回路研究

引言

高压断路器在电力系统中具有控制和保护的双重功能,其工作性能直接影响电力系统的安全稳定运行[1-2]。近年来,多端直流输电系统受到了越来越多的关注,用于换流变及阀厅之间的阀侧断路器在线路发生单相接地短路故障时,需要快速开断故障电流,该故障电流为非标准波形,其短路半波电流持续时间长22ms,远大于常规技术参数,这不仅对断路器的开断性能,更对试验站的试验能力提出了更高要求。

本文针对阀侧断路器需开断的特殊短路电流波形,设计了一种等效试验回路,结合试验回路原理检测程序波形仿真及试验验证,证明了试验回路的等效性及合理性,也为后续类似试验回路的设计提供了参考。

1规定的技术参数

短路电流为交流分量与直流分量的叠加,反向小半波电流被换流阀二极管截止,电流峰值20kA,大半波持续时间22ms ,电流过零线持续时间2ms,电流过零后暂态恢复电压0.5ms上升至450kV ,3ms后上升至峰值800 kV。短路电流波形如图1所示。

2检测要求

2. 1 试验预期参数

交流系统的交流电压按额定电压550kV考虑,系统电源侧为整流变,故交流系统为不接地系统,三相工况条件下,对首开极而言,首开极系数Kpp≤1.5,为了考核具有覆盖性,选 取Kpp= 1.5。

参考实际电流波形,电流为1+C0s形式的整周期,衰减可忽略不计,其电流过零时,di/dl=0,故波阻抗无穷大,因此任何形式或条件的等值波阻抗值都是合理的。试验预期参数如表1所示。

2.2试验回路原理图

试验采用合成法进行,即一个电流源,一个或两个电压源。由于工程电网系统的稳态电压是由交流系统和直流系统共同组成,因此理论上对断路器而言,其断口两端承受的稳态恢复电压应该是交流+直流。本试验稳态恢复电压为交流+直流。为了满足长燃弧试验要求,电流源回路采用三相回路,以确保两个大半波内电流不过零。为满足TRV要求,电压源回路采用两套电压回路,一套振荡直流系统(可交流系统）,一套振荡直流系统。合成试验回路原理如图2所示。

2.3试验检测程序

为了保证检验检测的合理性、覆盖性等价性,试验程序参考高压交流断路器的合成试验。即试验基本检测方式需由短燃弧中燃弧长燃弧组成。试验方式全部是单分。

燃弧条件:依据检测方式,短燃弧7min在第一个大半波完成检测:燃弧窗口△7=20ms:长燃弧7max≥7min+△7- 1 (ms）:中燃弧7med=7min+△7/2±1 (ms）。电流约束条件:任意一 个大半 波的峰值都必须≥20kA,理论上更苛刻。

电流源电压12kV,恢复电压约束条件完全满足试验预期参数,引入电流频率及时刻不做特定要求。

虽然系统工况条件下(取最苛刻条件）,每个大半波持续时间为整周波20ms,但任何交流系统的暂态不可能不衰减(呈1*ExP-C0s形式）,导致第一个大半波很难达到20ms,同时依据检测方式的燃弧条件及断路器开断特性,实际考核并不完全需要每个大半波为20ms,只要尽可能大即可。对于短燃弧条件,采用尽可能大的半波进行考核,理论上大半波时间为(17+3）ms 。对于中燃弧和长燃弧条件 ,采用两个大半波中间不过零的系统条件进行考核。理论上两个大半波区间为(35＋3）ms。极端条件下 ,采用两个大半波中间过零的方式 ,通过延弧来满足试验需求。

2.4试验仿真结果

短燃弧电流与恢复电压的仿真结果如图3所示,中燃弧、长燃弧电流及恢复电压如图4所示。

2.5试验回路验证

根据以上试验回路进行试品验证,试验结果如表3所示。

3 结语

依据电网系统工况运行条件,所制定的非对称短路电流开断试验回路预期参数及检验检测方式,作为对断路器的考 核是严密的、合适的、等价的。