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1、第五章 高压电器的性能试验,第一节 关合、开断和短时电流性能试验 第二节 试验方法 第三节 负荷开关熔断器组合电器试验,关合、开断和短路电流性能试验的意义 断路器应及时开断短路电流，并具有关合短路的能力。 在故障发生时，输电、配电设备要能耐受短时电流，承受短时峰值电流产生的电动力和短时短路电流产生的热效应，即具有足够的动、热稳定性。,产品和试验 在高压和超高压开关设备中，SF6开关占主导地位。 SF6开关设备有三种基本类型 敞开式，又称绝缘子支柱式SF6断路器 金属罐式，又称落地罐式SF6断路器 全封闭组合电器（断路器、隔离开关、接地开关、电流及电压互感器、避雷器及母线等）,短时电流试验 高压
2、设备及配电开关热稳定试验：热稳定电流有效值达5063kA，动稳定电流峰值为125157kA 大型发电机保护断路器、隔离开关，热稳电流有效值160kA，峰值400kA 变压器：500kV，360MVA，或单相250MVA的电力变压器，试验电流单相达40006000MVA,标准和试验依据 高压电器产品的性能是由标准规定的项目项目来检验的 国际电工委员会（IEC，International Electrotechnical Commission）制定标准 我国依据IEC制定适合国情的标准GB 国际标准中的一些问题常在国际大电网会议（CIGRE）中研讨，并向IEC提供研究成果，以便改进、更新IEC标准
3、,5.1 关合、开断和短时电流性能试验,5.1.1基本要求 额定特性量（对所有开关） 额定短路开断电流 额定出线端子的瞬态恢复电压 额定短路关合电流 额定操作顺序 在下列情况下，要求给出的额定特性量 额定近区故障特性 额定线路充电开断电流 根据要求提供 额定失步开断电流 额定电缆充电开断电流 额定电容器开断电流 额定小电感开断电流,5.1.2开断能力试验 额定开断电流 IEC标准规定5种短路试验方式 方式1：10% 方式2：30% 方式3：60% 方式4：100% 方式5：,直流分量均小于20%，对称开断 非对称开断 （直流分量大）, 对称开断方式, 非对称开断,3040ms时,直流分量约为5
4、0%-40%, 试验电流的允许偏差,方式1、方式2：,方式3：,方式4、方式5：, 交流分量的有效值与平均值之差应不大于平均值的10% 直流分量百分数指任何一相中最大直流分量的百分数,通过试品的短路电流峰值应不超过断路器额定短路关合电流的110%，不得小于90%,对于三相短路开断试验，开路电流的两个表征值规定为：, 出线端子故障的瞬态恢复电压 定义：指断路器切除其出线端子三相接地短路故障和额定短路开断电流时的瞬态恢复电压（TRV）, 瞬态恢复电压的波形 由于电网中有（R、L、C） 的不同，故其波形也不同，限定波形有以下两种方法：, 四参数法： 在100kV以上的电力系统中，典型的瞬态恢复电压包
5、括了两个频率的自由衰减振荡，一是上升很陡的起始周期，一是一个频率较低的振荡，可由四个参数表示：,OB：从原点向第一峰的切线； AC：与时间轴平行，与波峰相切的直线； BA：与波形相切且斜线两侧面积相等。 （三条切线、两个面积等）,四参数： ：为第一参考电压(kV)； ：为到达U1的时间(s)； ：为第二参考电压(kV)，TRV 峰值； ：到达Uc的时间(s)。, 两参数法 在100kV以下的系统，瞬态恢复电压近于单频振荡衰减波形，可由两参数决定：,OA：从O点作波形切线， AC：平行于t轴，且与峰值相切。 两参数： ：参考电压（TRV）（kV） ：到达 的时间（s）, 补充参数： TRV时延
6、瞬态恢复电压最初几个微秒的上升率对电弧熄灭有重要影响，故引入以下几个参数： 时延（s） z 电源侧有波阻抗 n 线路系数 U参考电压（kV） t 到达U的时间（s）, ITRV 开断短路电流时，母线上电压行波反射在瞬态恢复电压起始上升的基短时间 内，出现一幅值为 的第一波峰较低，但频率很高的起始上升率Ui/ti很陡的瞬态分量。,用两参数表示： 参考电压，即ITRV峰值（kV） 到达 的时间（s）,ITRV的起始斜率,TRV的起始斜率,试验TRV,系统应用TRV, 预期瞬态恢复电压标准值, TRV峰值UC，对于两参数法，TRV峰值为,四参数法，,断路器额定电压有效值,首开相系数,振幅系数,在3.
7、672.5kV，对于中性点绝缘：K=1.5 在100170KV，对于中性点绝缘：K=1.5 对于中性点接地：K=1.3 在245525kV，对于中性点接地：K=1.3,第一参考电压, 开断电流和瞬态恢复电压 P112 各种试验方式下的瞬态恢复电压数值参见表51, 开断电流和时延 见表52 P113, ITRV的参数： ITRV峰值（kV） 标准规定求法 IEC56规定在0.41.0s 母线连同与其连接的元件的波阻抗，粗略为260 确定 随短路开断电流 有效值而变化的因子（kV/ kA），IEC规定为：0.0460.116 开断电流有效值（kA）,工频恢复电压,规定值应为额定电压的100%。（可
8、用强迫励磁以补偿工频恢复电压的降低）,对三相断路器进行三相试验工频恢复电压的平均值,三相断路器单相开断， 中性点绝缘： 中性点接地：,试验回路的工频恢复电压应不小于规定值的95%，并应至少保持0.1S。, 操作顺序 不用作快速重合闸的断路器，其额定操作顺序为 或 选用其中一种。, 用作快速重合闸的断路器，其额定操作顺序为,O180 sCO180sCO；,CO15 sCO,O03s（无电流时间）CO180sCO；,O表示开断动作，CO表示合闸动作之后立即进行开断动作。 对前述方式1、2、3、5均用O动作，合闸动作由试验回路中其他开关装置完成。,5.1.3关合能力试验, 关合能力 断路器应具有承受
9、电动力和热作用的关合能力。关合时，由于预击穿电弧和短路电流的作用，可能发生：触头发热、损伤、熔焊、触头弹跳等问题，故关合能力非常重要。, 关合能力试验的要求,IEC56中规定：, 额定关合短路（峰值）电流2.5额定短路开断电流交流分量有效值（电流）, 断路器额定电压 110% 外施电压断路器额定电压 （电压）, 额定短路关合电流 100%试验回路的最大预期峰值电流额定短路关合电流110%（电流）, 近区故障： 故障发生在距断路器线路侧不远的地方（零点几致几公里），出现极为严酷的开断条件，称为近区故障（SLF）。,5.1.4近区故障试验,在断路器出线端发生故障时，由于Z小，故要求切断的短路电流最
10、大；,在距断路器很远处（10公里以外）发生故障时，由于Z很大，故要求切断的短路电流最小，行波时间 会增大， 会下降；,故障发生在近区（零点几到几公里）,端子故障,近区故障,远处故障, 近区故障试验要求,额定电压52kV及以上、额定短路开断电流大于12.5kA,断路器开断近区故障的苛刻程度与：,当 =0.9 及0.75 ，开断甚为困难,瞬态电压初始上升率,瞬态电压幅值,故障电流,三者的乘积有关,5.1.5失步开断和开断试验, 失步开断 定义：当电力系统发生短路故障或其他负荷突变时，可能一部分发电机过负荷，另一部分发电机欠负荷，使电力系统失去稳定，发电机转入异步运行，此时断路器需开断此故障。最严重
11、的失步故障是两个电力系统 。,电压相位反相, 试验要求,1.试验电压及恢复电压 对单相试验，外施电压如下： 用于中性点接地系统为：,用于中性点非接地系统为：, 失步开断试验电流 额定失步开断电流为额定短路电流的25%，且不考虑同时可能发生的短路故障。,5.1.6其他故障的开断试验, 异相接地故障开断：在断路器联结中性点绝缘的两个系统，产生单相接地故障时， 相电压上升到 线电压，再发生一相接地时，则为异相开断。, 并联开断（ 、 同时开断，设 =0.8 ， =0.2 ，则 有可能开断，0.2 时突变到 ）, 发展性故障开断：,指断路器在某一类型开断的燃弧过程中发展到另一种类型的开断，使燃弧过程延
12、续发展。,5.1.7小电流开断和关合试验, 开断和关合小电流的特点, 容性小电流：指空载架空线、空载电缆及电容器组的充电电流, 感性小电流：指空载变压器的励磁电流、带有电抗器负载的变压器的充电电流、并联电抗器的滞后电流以及空载电动机的电流。, 特点：电流不大，但操作过电压可能达到很高值。,电流侧电容,若一次不断，则, 容性电流试验要求,电源G的内电抗,断路器QF的开断 侧电容（代表架 空线、电缆等分 布电容）,重复,击穿,而使电压增高, 电感性试验要求 当开断的电感性电流较小且断路器灭弧能力较强时，电弧电流在零值之前被强迫截断，引起过电压。,5.1.8短时耐受电流性能试验,电力系统发生短路时，
13、靠近故障点的断路器首先动作，但在故障持续时间内，短路回路中的其他电器，如断路器、隔离开关、变压器、母线等将通过短路电流并应承受相应的电动力、热效应。, 断路器 取额定短路开断电流的交流分量； 试验时额定短时电流峰值应不小于断路器的额定关合电流。, 隔离开关 短路关合、热稳定（动稳定）, 变压器 突发短路试验的动稳定电流峰值不偏离规定值的5%，有效值不偏离规定值的10%。,式中： 系统额定电压 电源内阻抗 变压器短路阻抗, 封闭母线及开关电器等大电流设备,超高压及特高压隔离开关动、热稳定性试验，要求很大的场地和空间。而试验分裂导线的动稳定性要求场地更大。,供变压器突发短路试验及其他带线圈设备的短
14、时电流试验，要求视在容量很大的电源。,发电机、断路器、隔离开关及母线等大电流设备的短时电流试验，要求数值很大的试验电流。,断流容量 短路试验容量,试验方法发展及背景,合成回路试验 发电机试验,直接电网试验,1.按试品的情况分类 完整的三相试验。 完整的单相或称单极试验。 单极的一部分试验。 单元试验。 按开断单元的组成部分分别试验（灭弧室、辅助灭弧室等）。,5.2 试验方法, 背景, 试验方法分类,2.按试验电路分类 直接试验 合成试验,3.按试验程序分类 一步法：TRV一次模拟一次实测 多步法：TRV多次模拟多次施加分段考核,二合成试验方法,1基本思路 定义：一种短路试验方法，其中大部分电流
15、或全部电流取自一个电源（工频电流回路），而大部分或全部瞬态恢复电压取自另一个（或更多）的独立电源（电压回路）。,可行性：断路器开断故障时，存在着两个不同的阶段；燃弧电流大、电压低；电压恢复电压很高、电流几乎为零。 为此需两个电源：一个提供电流，一个提供电压。 关键：电弧熄灭时刻电流到电压的过渡。,2断路开断过程及其特点, 燃弧阶段： 从触头分离到主电流消失瞬间。,电弧中的电流,电弧电压,弧后电流,TRV,电流零点阶段,电弧电压显著变化阶段,弧后电流阶段,燃弧阶段,介电负荷阶段, 电弧电压显著变化阶段： 每个燃弧半波，电弧电压在电流过零前呈现显著的熄弧尖峰，随后电压与电流一起降为零，改变极性后，产生瞬态恢复电压。, 电流过零弧后阶段： 由于瞬态恢复电压和弧隙剩余电导的缘故，会产生弧后电流。, 介电负荷阶段： 弧隙电流消失后，断路器的触头间进入介质恢复状态并承受恢复电压。（此时发生击穿称为电击穿）,3.合成回路, 合成试验至少有两个基本回路组成：工频电流回路和电压回路,延弧,近区故障人工回路,接入高压控制回路, 电压回路,关合,合,开 开断电流,合，通电压回路,合， 回
