特高压断路器开断容量的合成试验方法研究

摘要

大容量试验能力和相关试验方法的研究是一个国家开关电器设计制造水平的重要象征。本论文围绕适用于特高压断路器合成试验的XIHARI回路的设计、建设与应用，开展了大量研究。 论文首先对开关电器合成试验的原理和等价性要求进行了分析。针对特高压断路器大容量试验的等价性条件，分析了传统Weil-Dobke合成试验回路存在的不足，提出了开发新的适用于特高压断路器的合成试验回路的必要性。 随后，论文对涉及断路器开断过程的电弧电阻模型进行了研究，分别探讨了Mayr电弧模型、Cassie电弧模型和ABB电弧模型等三种有典型代表意义的电弧电阻模型。论文对三种电弧电阻模型的物理意义进行了分析，推导得到了电弧电阻模型方程，并针对Mayr电弧模型，利用PSCAD的自定义工具，建立了参数化的电弧电阻时变模型，为后续的仿真研究奠定了基础。该模型经封装后添加到PSCAD的元件库中，可以作为一个独立元件、通过include直接调用，丰富了PSCAD的元件库内容，为其他相关研究提供了方便。 利用所建立的电弧电阻模型，借助PSCAD仿真工具，对国外提出的Hitachi合成试验回路和EPIC合成试验回路进行了仿真分析。论文详细给出了两回路的拓扑结构、回路特点和工作原理，并仿真得到了开断试验过程中流过被试断路器的电流和作用在断路器断口两端的恢复电压。在此基础上，以直接试验回路为准，对两种合成试验回路开断过程中的电流、恢复电压波形和电容器储能状况进行了比较，讨论了两回路的特点及两者的试验等价性。 在上述仿真分析的基础上，依据特高压断路器大容量试验的等价性条件，提出了具有自由知识产权的一种新型合成试验回路——XIHARI回路。该合成试验回路包含两套独立的电压源回路，分别形成暂态恢复电压的起始部分和后续部分，且两套电压源独立运行，相互之间不存在耦合关系，从而可以灵活而方便地通过调节两回路元件参数，产生满足标准规定的恢复电压。利用所建立的电弧电阻模型，对回路工作过程进行了仿真，得到了开断过程中流过断路器的电流和施加于断路器两端的恢复电压，验证了该回路的等价性。 最后，介绍了XIHARI合成试验回路的应用，给出了利用该回路对不同类型特高压断路器进行试验的大量示波图，试验结果证明，该回路运行稳定、可靠，参数调节灵活、方便，试验的等价性得到国际上的普遍认可。