IEC/IEEE62271-37-013:2014中规定发电机断路器的额定操作方式为CO-30min-CO,由于其短路试验方式、操作次数较输配电系统中高压断路器的要少,在进行发电机断路器的短路试验时,需要根据实际工况,考核到断路器在最严酷的情况下的开断能力。在确定了发电机断路器的短路电流的情况下,能够反映其开断能力的主要特征为短路开断试验方式,以及相应的燃弧时间和TRV。
在实际工况中发电机断路器开断的短路故障系统为中性点不接地的三相系统,由于试验站的容量有限,不能够满足大容量发电机断路器的三相短路开断试验。目前通用的方法是用“分步法”的单相试验来替代三相试验。下面将依据IEC/IEEE62271-37-013:2014中6.102.10给出的最严酷的开断条件,对短路开断试验方式、燃弧时间分别做出说明和解释。
发电机断路器在开断三相对称短路故障电流时,当首开极燃弧时间分别在最短和最长时,对发电机断路器的考核是最严格的。当燃弧时间最短时,由于开距较小,TRV上升很高;当燃弧时间最长时,电弧能量达到最大,这两个方面都很容易导致开断失败。相比较而言,当首开极燃弧时间达到最长时,
对发电机断路器的考核是最严格的。因此,IEC/IEEE62271-37-013:2014在确定替代的单相试验考核发电机断路器开断性能时,仅考虑首开极的燃弧时间到达最长时,来分别考核三相系统中首开极和晚开极的燃弧时间和TRV。
两次合分操作中的其中一次需要考核首开极在最长燃弧时间情况下的开断能力,且TRV满足首开极的要求,要求的燃弧时间tarcmax1和TRV峰值uc如表1所示。
两次合分操作中的其中一次需要考核晚开极在最长燃弧时间情况下的开断能力,且TRV满足晚开极的要求,要求的燃弧时间tarcmax2和TRV峰值uc如表1所示。
发电机断路器在开断三相非对称短路故障电流时,由于短路电流直流分量的存在,考核断路器的严酷程度会随着触头分离时刻的不同有很大的变化。根据实际的工况,发电机断路器开断首开极大半波和延长大半波且两种情况下燃弧时间达到最长时的非对称短路电流对其考核是最为严酷的。因此,在确定替代的单相试验考核发电机断路器开断非对称短路电流试验时,需要考核到发电机断路器的首开极和晚开极分别在最后电流半波开断具有要求的非对称度的短路电流能力,及其相应的燃弧时间和TRV。下面分别以A相首开大半波、A相延长大半波为例,解释与说明IEC/IEEE62271-37-013:2014在非对称短路电流开断两次合分操作的试验程序及燃弧时间的确定方法。特别需要说明的是当考核相为A相时,A相短路电流具有满足标准要求最大非对称度,那么B、C两相具有满足标准要求的中等级的非对称度。
A相首开大半波的试验程序及燃弧时间的确定方法如图2所示,由于A相为考核的首开极最大非对称度,所以需要根据B相(中等级非对称度)的最短燃弧时间tarcmin1来确定A相首开大半波的最长燃弧时间。如图2所示,在B相的最短燃弧时间的基础上,通过触头分离相对于电流波形增加任一额外时延后(图中虚线所在位置),以此来获得A相最长的燃弧时间tarcmax1。
表示A相在最长燃弧时间下的过零点与B相在最短燃弧时间下过零点的时间间隔。tarcmax1与tarcmin1、
A相延长大半波的试验程序及燃弧时间的确定方法如图3所示,由于A相为考核的晚开极最大非对称度,所以需要根据C相(中等级非对称度)在小半波末开断来获得最短燃弧时间tarcmin2来确定A相延长大半波的最长燃弧时间。如图2所示,在C相的最短燃弧时间的基础上,通过触头分离相对于电流波形增加任一额外时延da后(图中虚线所在位置),导致B相(中等级非对称度)成为首开极,最终获得A相的最长的燃弧时间tarcmax2。图中
表示A相在最长燃弧时间下的过零点与C相在最短燃弧时间下过零点的时间间隔。tarcmax2与tarcmin2、
综上所述,两次合分操作中的其中一次需要考核首开极灭弧时刻出现在大半波末且具有最长的燃弧时间,同时满足要求的最大非对称判据及与之相应的首开极TRV条件,要求的燃弧时间tarcmax1和TRV峰值uc如表2所示。另外一次需要考核晚开极灭弧时刻出现在大半波末且具有最长的燃弧时间,同时满足要求的最大非对称判据及与之相应的晚开极TRV条件,要求的燃弧时间tarcmax2和TRV峰值uc如表2所示。
a) 在电压波的零点处关合,无预击穿,产生一个完整的非对称短路电流,金短时间要求达到250ms以上。对于直流时间常数为133ms,关合电流的峰值为2.74倍的额定对称短路开断电流。
b) 在电压波的峰值处关合,产生一个对称的短路电流以及最长的预击穿电弧。考虑到试验站短路容量的限制,当预击穿时间小于十分之一周波时(通过在额定电压、小电流下确定),允许在降低的电压(不低于50%的额定电压)下进行关合试验。
作者简介:高享想,西安交通大学电气工程学院电气测量专业硕士学历,2012年入职西电集团西安高压电器研究院大容量检测室,从事高压电器产品大容量试验检测与试验技术研究工作。主要研究方向:1)大容量试验站TRV试验回路参数计算与自动实现;2)大容量试验站短路(冲击)发电机暂态运行理论;3)大容量试验站交、直流试验回路设计与开发;4)电力系统短路计算及过电压评估;5)电流开断暂态过程建模、仿真及计算。
第一发明人申请发明专利三项,第一作者发表国际高电压工程学术会议论文两篇,发表高压电器学术论文6篇;参与计算与论证的课题:1)非对称短路故障开断试验电流及电压参数计算(主持);2)1.8kV直流断路器试验回路设计与开发;3)1100kV特高压断路器开合并联电抗器试验回路设计与开发;4)ACF断路器开断容性电流试验恢复电压评估与试验数据校正。独立设计开发及自动分析软件:1)TRV标准值参数自动读取软件;2)TRV参数自动计算与标准值读取软件;3)ACF断路器开断容性电流暂态恢复电压评估软件。

