第13章開關電器的

試驗技術概述

高壓斷路器性能試驗的目的是為了考核、研究斷路器的各種性能，檢驗滅弧室及其它部分的結(jié)構(gòu)設計、制造工藝和材料選擇是否正確合理。對于高壓斷路器最重要的功能即開斷短路電流這種現(xiàn)象來說．由于開斷過程牽涉到的問題極為復雜、對熄弧機理和電弧理論的研究還遠遠落后于實際的需要，目前還不能完全依靠理論分析和定量計算的方法設計出符合各項開斷性能和其它要求的開關設備，很多問題都必須通過試驗進行驗證。試驗項目名稱機械性能方面：機械操作試驗、運動特性試驗、密封試驗、防雨試驗、破冰試驗、耐寒試驗、耐地震試驗、機械壽命試驗等。載流性能方面：長期發(fā)熱試驗、回路電阻測量、短時耐受電流試驗、峰值耐受電流試驗。

開斷與關合性能方面：短路開斷與關合能力試驗、失步開斷與關合試驗、小電感電流開斷與關合試驗、空載長線開斷與關合試驗、電容器組開斷與關合試驗，近區(qū)故障開斷試驗等。絕緣性能方面：有工頻耐受電壓試驗、沖擊耐受電壓試驗、絕緣電阻測量、泄漏電流試驗、介質(zhì)損耗角正切值測量等。特殊環(huán)境適應性方面：濕熱帶氣候條件試驗、高原氣候條件試驗、污穢試驗等。高壓斷路器的試驗分類研究性試驗：在產(chǎn)品設計制造前所進行的必要試驗，以確定設計的依據(jù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，特別是對滅弧系統(tǒng)。

產(chǎn)品試驗型式試驗：對高壓斷路器作性能、質(zhì)量等方面的全面的研究和考核。參考性試驗：型式試驗以外的性能驗證試驗。試運行試驗：產(chǎn)品經(jīng)過一段時期的工業(yè)實際運行的考核。出廠試驗：保證產(chǎn)品的可靠性，對每一臺產(chǎn)品都進行。

預防性試驗：高壓斷路器在運行過程中所需進行的試驗。型式試驗項目(1)絕緣試驗，包括工頻耐壓試驗，雷電沖擊耐壓試驗，操作沖擊耐壓試驗，人工污穢試驗，局部放電測試，輔助回路和控制回路的工頻耐壓試驗。(2)機械試驗，包括機械特性試驗，機械操作穩(wěn)定性試驗(常溫下)，端子靜拉力試驗。(3)主回路電阻測量。(4)溫升試驗(長期工作時的發(fā)熱試驗)。

（5)短時耐受電流試驗和峰值耐受電流試驗(熱穩(wěn)定試驗及動穩(wěn)定試驗)。(6)端部短路條件下的開斷與關合試驗。(7)其他條件下的開斷與關合試驗，包括近區(qū)故障條件下的開合試驗，失步條件下的開合試驗，異相接地條件下的開合試驗，額定短路開斷電流下的連續(xù)開斷能力試驗(電壽命試驗)，臨界電流的開合試驗。(8)容性電流開合試驗，包括線路充電電流的開合試驗，電纜充電電流的開合試驗，單組電容器的開合試驗，背對背電容器組開合試驗。

(9)小電感電流的開合試驗，包括開合并聯(lián)電抗器的試驗，電動機的開合試驗(空載、起動時)，開斷空載變壓器的試驗。(10)無線電干擾電平測試。(11)環(huán)境條件下的試驗，包括高、低溫試驗，濕度試驗，淋雨試驗，覆冰條件下的試驗，密封試驗，地震考核，噪聲水平測定。開斷能力試驗一、開斷能力試驗的條件二、開斷能力試驗的方法1.電源電壓（工頻恢復電壓）

試驗回路的工頻恢復電壓應不小于規(guī)定值的95%，并應至少維持0.1s。

在發(fā)電機試驗站中，為了獲得所要求的工頻恢復電壓值，在短路期間內(nèi)，可以暫時地增強試驗發(fā)電機的勵磁。

對于規(guī)定的基本短路試驗方式，工頻恢復電壓在上述的95%最低值的條件下，應遵循以下規(guī)定：

a)對于在三極斷路器上進行三相試驗，工頻恢復電壓的平均值應等于斷路器的額定電壓除以3。任何一極的工頻恢復電壓與電壓保持時間終了時刻的電壓平均值的偏差不超過20%。

b)對于在三極斷路器上進行單相試驗，其工頻恢復電壓應等于相對地電壓值與首開極因數(shù)(1.3或1.5)的乘積；經(jīng)過額定頻率一個周波的間隔后，工頻恢復電壓可以降低到。

c)對于單極斷路器，其工頻恢復電壓應等于斷路器的額定電壓U。 工頻恢復電壓應在試驗回路每相中斷路器的端子上進行測量。其有效值應在示波圖上在電弧最終熄滅以后試驗頻率的半個周波和一個周波之間的時間間隔內(nèi)確定，見圖。應量出從第二半波的波峰至其前一半波與其后一半波的兩波峰間的連線間的垂直距離(分別為U1、U2和U3)，將此值除以再乘以合適的標度，即為所記錄的工頻恢復電壓有效值。2.瞬態(tài)恢復電壓瞬態(tài)恢復電壓波形因?qū)嶋H回路的布置不同而異。在某些情況下，特別是電壓高于100kV的系統(tǒng)中，短路電流相對于所考慮點的最大短路電流而言是比較大的，瞬態(tài)恢復電壓包括一個高上升率的起始階段，繼之而來的后一階段上升率比較低。這種波形一般適宜于用四參數(shù)法確定的三條線段所組成的包絡線來表示。在另外一些情況下，特別是在電壓低于100kV的系統(tǒng)中，或系統(tǒng)電壓雖高于100kV而短路電流相對較小且經(jīng)變壓器供電的條件下，瞬態(tài)恢復電壓接近于一種阻尼的單頻振蕩波，這種波形適宜用于兩參數(shù)確定的兩條線段所組成的包絡線來表示。3.開斷電流中的直流分量4.開斷的電流（基本的短路試驗方式）基本的短路試驗系列應包括如下規(guī)定的試驗方式T10、T30、T60、T100s、T100a。

開斷電流可以偏離規(guī)定值，對試驗方式T10、T30要求不大于規(guī)定值的20%，對試驗方式T60要求不大于10%。在試驗方式T100s、T100a的開斷試驗中，其短路開斷電流峰值應不超過斷路器額定短路關合電流的110%。為了試驗方便，在試驗方式T10、T30、T60中，允許在開斷操作之前省去關合操作。在試驗中各次開斷操作之間的時間間隔與其額定操作順序相同。試驗方式T10

試驗方式T10由額定操作順序組成，在規(guī)定的瞬態(tài)和工頻恢復電壓下開斷10%的額定短路開斷電流，其直流分量小于20%。

試驗方式T30

試驗方式T30由額定操作順序組成，是在規(guī)定的瞬態(tài)和工頻恢復電壓下，開斷30%的額定短路開斷電流，其直流分量小于20%。

試驗方式T60

試驗方式T60由額定操作順序組成，是在規(guī)定的瞬態(tài)和工頻恢復電壓下，開斷60%的額定短路開斷電流，其直流分量小于20%。試驗方式T100s

試驗方式T100s由額定操作順序組成，其試驗參數(shù)是：規(guī)定的100%額定短路開斷電流，規(guī)定的瞬態(tài)和工頻恢復電壓，規(guī)定的額定短路關合電流和規(guī)定的外施電壓。其直流分量應不超過20%。當對三極斷路器的一極進行單相試驗時，或者當試驗設備的特性不可能在規(guī)定的外施電壓極限、規(guī)定的關合電流、規(guī)定的開斷電流和和規(guī)定的瞬態(tài)和工頻恢復電壓下進行試驗方式T100s時，，可將試驗方式T100s中的關合和開斷試驗按下列方式分開進行：

試驗方式T100a

試驗方式T100a僅適用于時間間隔等于制造廠規(guī)定的斷路器的最短分閘時間加額定頻率的半個周波，觸頭剛分離瞬間的直流分量大于20％的斷路器。試驗方式T100a由三個分閘操作組成，各次開斷之間間隔3min。其試驗參數(shù)是：100%額定短路開斷電流，其直流分量百分數(shù)等于規(guī)定的合適的額定值；以及規(guī)定的瞬態(tài)和工頻恢復電壓。5.功率因數(shù)功率因數(shù)多相回路的功率因數(shù)應取為各相功率因數(shù)的平均值。試驗時，此平均值應不超過0.15。任意一相的功率因數(shù)與功率因數(shù)的平均值的差別不應超出平均值的25%。開斷能力試驗裝置斷路器進行短路開斷與關合試驗時必須要有大功率的電源，即在短時間內(nèi)能提供相當于電力系統(tǒng)短路時那樣大的短路電流。試驗時外加的電壓和電流可以全部取自一個單獨的電源，如電網(wǎng)、短路發(fā)電機和振蕩回路；也可分別取自兩個電源，其中一個供給電流、另一個供給電壓的合成試驗回路。網(wǎng)絡試驗與網(wǎng)絡試驗站 利用電網(wǎng)可直接對斷路器進行短路電流開斷與關合試驗或其它試驗，通常稱為網(wǎng)絡試驗或現(xiàn)場試驗。試驗時把被試斷路器接在電網(wǎng)上。人為地造成短路故障，進行斷路器的短路開斷與關合試驗。優(yōu)點是不需要專門投資，又可進行三相試驗，但缺點很多。

（1）試驗電流受到電網(wǎng)短路容量的限制。

(2)瞬態(tài)恢復電壓不易改變和調(diào)整。

(3)每進行一次短路開斷試驗意味著電網(wǎng)發(fā)生一次短路故障，這樣不僅對電力用戶造成不良影響，而且電網(wǎng)中電器設備經(jīng)常受到短路電流的沖擊也是不容許的。因此短路開斷試驗的次數(shù)和開斷電流往往受到很大的限制。為克服網(wǎng)絡試驗的部分缺點，常常在電力系統(tǒng)的樞紐——變電所附近建立專供短路開斷與關合試驗的網(wǎng)絡試驗站。短路發(fā)電機試驗的兩種操作方法

(1)突然短路啟動電動機M和勵磁機R，使短路發(fā)電機G的轉(zhuǎn)速達到額定值；調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流，使發(fā)電機電壓達到額定值。然后將電動機的電源切除，同時使合閘斷路器接通試驗電路，并使被試斷路器開斷，進行短路電流開斷試驗。利用發(fā)電機轉(zhuǎn)子和飛輪的巨大的轉(zhuǎn)動慣量，保證試驗中發(fā)電機電壓與轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定。

(2)沖擊勵滋試驗前利用合閘斷路器先將試驗電路與短路發(fā)電機接通，然后啟動發(fā)電機與勵磁機。當發(fā)電機的轉(zhuǎn)速達到額定值時突然加上沖擊勵磁電流，這時發(fā)電機的電壓與短路電流由零開始急速上升，待增加到所需值時令被試斷路器開斷，進行短路電流開斷試驗。與此同時，由于沖擊勵磁電流常達到正常勵磁電流的十幾倍，所以必須迅速去磁，否則發(fā)電機電壓過高會使繞組絕緣受到損壞。利用短路發(fā)電機可以進行三相短路電流的開斷試驗，它的等價性好，運行方式比較靈活。參數(shù)易于調(diào)節(jié)．試驗次數(shù)與時間不受限制；還可進行自動重合閘試驗，動、熱穩(wěn)定試驗，近區(qū)故障試驗以及其它開斷試驗等。這些優(yōu)點是其它試驗裝置不能具備的。但建立一個裝備有短路發(fā)電機的試驗室，投資是很大的。遠行維護的工作量也很大，操作也很復雜。而且用作直接試驗時，容量仍然受到一定的限制。因此短路發(fā)電機也常常作為合成試驗中的電流回路使用。振蕩回路中，電感線圈有一定電阻．被試斷路器開斷后還將有電弧電阻。因此放電過程中電流與電容電壓不再是等幅的正弦變化，而且幅值不斷衰減的振蕩波形。通常情況下，衰減主要由電弧電阻引起。當斷路器的燃弧時間較長，電弧電壓較高時，電流的衰減較大，將影響試驗的等價性。振蕩回路試驗裝置設備簡單、投資少、運行方式比較靈活，適宜對電弧電壓低、燃弧時間短的斷路器進行研究性試驗，即使斷路器開斷失敗也不會造成斷路器的嚴重損壞。缺點是只能對被試斷路器進行單相、單分試驗。對于電弧電壓高、燃弧時間長的油斷路器，試驗等價件差，不宜在振蕩回路進行試驗。合成試驗回路 隨著斷路器制造水平的不斷提高，斷路器開斷短路電流的能力日益增大。使用網(wǎng)絡、短路發(fā)電機和振蕩回路來進行大容量斷路器的開斷能力試驗相當困難，而且也很不經(jīng)濟。因此，多年來各國都在研究比較經(jīng)濟有效的合成試驗方法。

(1)在電流過零電弧熄滅前，電弧電壓很低。因此只需要一套電壓較低的電源即能提供所需的電流。

(2)在電流過零前后，電流很?。謴碗妷汉芨摺Ｒ虼酥恍枰惶纂娏骱苄?、電壓很高的小容量的高電壓電源。由于上述兩個特點，進行短路電流開斷試驗時就有可能采用兩套獨立的電源：低電壓大電流電源（簡稱電流源）及高電壓小電流電源（簡稱電壓源），來代替原來單獨的高電壓、大電流電源。這樣的試驗方法稱為合成試驗，試驗回路稱為合成試驗回路，簡稱合成回路。合成回路的電流源可以是短路發(fā)電機或振蕩回路，也可以直接利用電網(wǎng)，而電壓源一般都采用振蕩回路。合成回路雖然需要兩變電源，但每套電源的容量都較小，總的設備投資比直接試驗小得多，等價性也得到公認?，F(xiàn)在國內(nèi)外對于額定短路開斷電流很大的高壓斷路器進行開斷能力試驗時．毫無例外地都采用合成試驗。合成回路種類很多，通常可分為兩大類：

(1)電壓引入回路。電流源提供電流過零前的大電流以及電流剛過零時的恢復電壓；電壓源緊接著提供高的恢復電壓。

(2)電流引入回路。電流源提供電流過零前的大電流，電壓源在電流過零前就己作用在放試斷路器上，電壓源也提供一部分電流與電流源電流疊加征一起。電流過零時，電壓源提供的恢復電壓立即自動作用在斷路器上。一般認為，電流過零前幾百微秒時，電弧電阻很大。由于電流源的電壓低，電流難以保持正弦形狀會出現(xiàn)一定的畸變。因此，只有在電流過零前幾百微秒時讓電壓源投入工作才能保證被試斷路的電弧過程與實際電網(wǎng)中的