馬捷　馬雅麗　關(guān)睿

【摘? 要】近年來社會用電需求的不斷增大，電力的使用也更加廣泛，在使用電力的過程中，使用的電力種類也各種各樣。在所有種類電力使用過程中，以高壓電的使用風(fēng)險最大。因此在進(jìn)行高壓電力進(jìn)行使用之前需要對高壓電斷路器進(jìn)行開斷試驗(yàn)，確保斷路器的正常運(yùn)行，保障高壓電使用的安全性。本文就高壓直流斷路器開斷試驗(yàn)方法展開探討。

【關(guān)鍵詞】高壓直流斷路器;開斷試驗(yàn);技術(shù)試驗(yàn)方法

1高壓直流斷路器的開斷原理

（1）直流電弧。電弧作為一種特殊的氣體導(dǎo)電現(xiàn)象，不僅在雷電條件下存在，而且也普遍出現(xiàn)在斷路器開斷過程中。直流電弧是在直流斷路器斷開直流回路的過程中產(chǎn)生的（圖1），為了研究直流斷路器的開斷功能，必須對電弧特性有一定的了解。

圖1中，電源E、電阻R、電感L和斷路器CB共同構(gòu)成產(chǎn)生電弧的直流電路，假設(shè)電路在CB未斷開之前時回路穩(wěn)定，電流為I;當(dāng)斷開CB時，產(chǎn)生電弧，回路電流為i，電弧電壓為u，則電路方程為：

假設(shè)電弧在經(jīng)過燃弧時間tm之后熄滅，電弧能量A和系統(tǒng)產(chǎn)生的過電壓將是影響斷路器熄弧的重要條件。由式（1）可得燃弧時間：

由式（2）可知，回路中的電流和電感越大，電弧就越不容易熄滅，持續(xù)的時間也就越長;而電弧電壓越大越有利于熄滅電弧。因此，提高電弧電壓可以提升直流斷路器的開斷性能。電弧能量A在一定程度上決定了帶電離子的游離程度，也是研究直流斷路器開斷性能的一個切入點(diǎn)，由圖1可得電弧能量A的計算式為：

由式（3）可知，電弧能量由兩部分組成：一部分是CB斷開之后，電弧未熄滅之前，在tm時間內(nèi)由電源供給的能量;另外一部分是電感在此之前儲存的能量，這些能量要在直流斷路器斷開電路的過程中釋放，增加了直流斷路器的負(fù)擔(dān)。斷路器斷開回路的過程實(shí)際就是使電流變零的過程，因而燃弧時間tm越小越好。但是tm太小也會帶來電感釋放能量過大的問題，產(chǎn)生的自感電勢疊加于電源電動勢將會引起過電壓，當(dāng)設(shè)備絕緣性能不好時可能會發(fā)生事故。其中，自感電勢的計算公式如下：

從式（4）可以看出，電感越大，電流下降越快，過電壓也越大。在實(shí)際斷路器設(shè)計過程中，需要綜合考慮燃弧時間、電感和其他轉(zhuǎn)移電流元件參數(shù)的大小。（2）直流斷路器開斷方法。熄滅直流電弧是直流斷路器的唯一目標(biāo)，因?yàn)橹挥羞@樣才能斷開直流回路。筆者根據(jù)直流電弧特性提出了4種直流斷路器的開斷方法，即增大電弧電壓、接入電阻、疊加振蕩電流和電流轉(zhuǎn)移，這些方法不僅涉及到斷路器內(nèi)部滅弧室的構(gòu)造，而且也在其外部創(chuàng)造了良好的滅弧條件。

2高壓直流斷路器開斷試驗(yàn)方法

2.1采用短路發(fā)電機(jī)試驗(yàn)法進(jìn)行試驗(yàn)

在進(jìn)行電氣設(shè)備的高壓試驗(yàn)工作之前，應(yīng)事先做好充分準(zhǔn)備，只有做好充分準(zhǔn)備，事先預(yù)料到可能發(fā)生的情況，在出現(xiàn)突發(fā)問題時，才能夠確保對問題進(jìn)行有序的處理，盡量避免和減少損失，保障工作人員的生命安全。在進(jìn)行準(zhǔn)備工作時，首先要確保進(jìn)行試驗(yàn)的儀器合格，能夠滿足試驗(yàn)的需求。在安全的電壓環(huán)境下對儀器進(jìn)行試驗(yàn)，觀察儀器的工作狀態(tài)，能夠在保證工作人員的生命安全的條件下，對儀器進(jìn)行檢測，出現(xiàn)問題的儀器因及時進(jìn)行維修或進(jìn)行更換，避免在日后工作中使用損壞的儀器，造成不必要的損失。在進(jìn)行試驗(yàn)的過程中，對各個儀器進(jìn)行檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)其重要程度來制定，要在確保高壓電力系統(tǒng)安全性的同時，盡可能減少進(jìn)行試驗(yàn)的難度以及工作壓力。完成高壓試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作之后，便可以開始進(jìn)行高壓直流斷路器的試驗(yàn)工作，高壓試驗(yàn)工作分為許多方面的試驗(yàn)，在進(jìn)行試驗(yàn)時首先應(yīng)對電氣設(shè)備進(jìn)行較為重要的耐壓試驗(yàn)，耐壓是儀器質(zhì)量較為重要的一個判斷標(biāo)準(zhǔn)，如果高壓直流斷路器的耐壓程度不足，便無法在電壓較高的電路中充分發(fā)揮作用。確保高壓直流斷路器能夠滿足基礎(chǔ)的工作需求之后，便需要進(jìn)行實(shí)踐操作對其真實(shí)的運(yùn)行情況進(jìn)行試驗(yàn)。在進(jìn)行試驗(yàn)時可以采用短路發(fā)電機(jī)法進(jìn)行試驗(yàn)，在利用短路發(fā)電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)的過程中，能夠有效避免高壓直流電幾乎沒有動態(tài)變化的特點(diǎn)，在進(jìn)行試驗(yàn)的過程中采用的是低壓的交流電。采用低壓交流電進(jìn)行試驗(yàn)，是對電路進(jìn)行檢驗(yàn)最為有效的方法。采用這種方法，需要有一個低壓交流電發(fā)電機(jī)，在進(jìn)行運(yùn)行的過程中，電壓較低，相對而言，試驗(yàn)的安全性便會較高。在進(jìn)行試驗(yàn)的過程中，需要用到電磁感應(yīng)的原理，在試驗(yàn)的過程中，在含有電源的部分，設(shè)置一個滑動變阻器，以及開關(guān)，然后閉合開關(guān)調(diào)節(jié)滑動變阻器，電路中的電流會根據(jù)滑動變阻器的阻值發(fā)生變化，而另一部分感應(yīng)線圈中，含有高壓直流斷路器，該線圈中的電流來自與電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流。當(dāng)原線圈的電流發(fā)生變化時，該線圈也會發(fā)生變化。當(dāng)原線圈中阻值達(dá)到最小時，高壓直流斷路器所在的線圈中，電流大小會迅速上升，進(jìn)而通過觀察高壓直流斷路器的工作情況，便能夠了解斷路器的工作情況。

2.2合成試驗(yàn)法

針對直接試驗(yàn)存在對電源的容量要求高，造價昂貴等問題，提出了等價性且經(jīng)濟(jì)性較好的合成試驗(yàn)法，合成試驗(yàn)法的原理見圖2，其中電抗器L1、電容器C1以及觸發(fā)間隙GP1組成電流源回路，為斷路器提供模擬短路故障電流;電抗器L0、電容器C0以及觸發(fā)間隙GP2組成電壓源回路，為直流斷路器提供電流過零后的恢復(fù)電壓。試驗(yàn)時，首先閉合AB1，觸發(fā)導(dǎo)通觸發(fā)間隙GP1，預(yù)充電電容C1與電感L1振蕩產(chǎn)生低頻交流電流，模擬短路故障。在電流上升過程中，直流斷路器接收到分閘命令，開始分閘，在電流到達(dá)前1/4峰值處完成電流開斷。電流開斷前提前一定時間觸發(fā)導(dǎo)通電壓源回路GP2，振蕩產(chǎn)生恢復(fù)電壓，保證在電流過零時立刻施加恢復(fù)電壓。合成試驗(yàn)法將短路電流與恢復(fù)電壓分為兩個回路來提供，使得試驗(yàn)更加經(jīng)濟(jì)，并且回路中的參數(shù)易于調(diào)節(jié)，可以滿足不同電壓等級的需求。但是對于機(jī)械式的高壓直流斷路器采用合成試驗(yàn)法時，由于換流回路中電容的作用，會使機(jī)械開關(guān)兩端的恢復(fù)電壓上升率比實(shí)際直流開斷情況中恢復(fù)電壓上升率要低，短路故障電流更易開斷。

結(jié)語

現(xiàn)階段，比較可靠的試驗(yàn)方法為短路發(fā)電機(jī)直接試驗(yàn)法以及合成試驗(yàn)法。短路發(fā)電機(jī)直接試驗(yàn)法的等效性較高，開斷后恢復(fù)電壓幅值與上升率更符合實(shí)際系統(tǒng)開斷情況。但是其試驗(yàn)平臺造價昂貴，只有少數(shù)實(shí)驗(yàn)室有條件進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。而合成試驗(yàn)法雖然開斷后恢復(fù)電壓上升率較低，但是其經(jīng)濟(jì)性較高，更適合普遍推廣。因此，一種等效性更高的合成試驗(yàn)開斷方法也是現(xiàn)在及以后的發(fā)展方向。

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