一种机械式直流断路器关键组部件型式试验方法

1.本发明属于机械式直流断路器关键组部件型式试验技术领域，更具体地，涉及一种机械式直流断路器关键组部件型式试验方法。


背景技术：

2.近年来，随着柔性直流输电技术的发展以及大功率电力电子技术的进步，柔性直流电网因具有灵活、可靠和经济性好等特点,得到越来越多的重视和发展,而直流断路器是保证柔性直流电网稳定运行的关键设备之一。高压直流断路器的研制成为建立与发展多端直流电网的主要瓶颈，近年来国内外越来越重视对高压直流断路器的研究。
3.根据高压直流断路器关键开断器件的不同，可将其分为三类：机械式直流断路器、固态式直流断路器、和混合式直流断路器。
4.目前国内外无成熟的机械式直流断路器试验标准，对于机械式高压直流断路器试验回路，现有的试验方案大多采用发电机电流源或lc振荡电流源来模拟直流短路故障。但在机械式直流断路器投入电网之前，还应该进行关键组部件型式试验，该试验可以避免断路器运行故障导致分断无效等情况，避免给电网造成更大的故障影响，满足电网企业对直流输电的可靠性和安全性要求。因此，研究提出一种机械式直流断路器关键组部件型式试验方法，对机械式直流断路器的实际运用具有重要的现实意义和应用价值。
5.机械式直流断路器中的关键组部件、关键元器件的试验，国内外还没有完整成熟的机械式直流断路器关键组部件型式试验方法和标准。
6.现有技术1(公开号为cn106526473a且发明名称为“一种机械式高压直流断路器开断等效试验回路及方法”的专利文献)中提供了一种机械式高压直流断路器开断等效试验回路及方法；由于并联电容c的加入，大大降低机械开关电流过零后换流回路的等效电容值。由于机械开关电流过零熄弧后，电压源通过辅助回路中的并联电容c与机械式高压直流断路器中的换流回路以及调频回路振荡，因此降低换流回路的等效电容值可以提高振荡频率，进而可以有效提高恢复电压上升率。
7.现有技术2(公开号为cn106526473a且发明名称为“一种机械式高压直流断路器开断等效试验回路及方法”的专利文献)中虽然提出了机械式直流断路器的开断等效试验回路及方法，但是无法对机械式直流断路器中的各个元器件的实际组部件型式进行试验，缺少对机械式直流断路器关键组部件型式的试验方法。


技术实现要素：

8.针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种机械式直流断路器关键组部件型式试验方法，其目的在于，通过在直流断路器投入电网之前对其进行试验，避免断路器运行故障导致分断无效，从而满足电网企业对机械式直流断路器的可靠性和安全性要求。
9.本发明提供了一种机械式直流断路器关键组部件型式试验方法，械式直流断路器包括相互并联连接的主通流支路、振荡换流回路和吸收放电回路，主通流支路包括机械开
关，振荡换流回路包括依次串联连接的电感和第一电容，吸收放电回路包括依次串联连接的电阻和第二电容，以及与其并联的避雷器，型式试验方法包括下述步骤：
10.对机械开关进行试验：包括绝缘试验、无线电干扰试验、主回路电阻试验、温升试验、防护等级试验、电磁兼容试验、机械寿命试验、一致性试验、噪声水平测试以及辅助和控制回路的附加试验；
11.对电容进行试验：包括转移支路储能电容型式试验、转移支路充电电容型式试验和缓冲电容型式试验；
12.对转移支路电感进行试验：包括外观检查、绕组直流电阻测量、电抗测量、损耗和品质因数测量、绕组过电压试验、雷电冲击电压试验、最大短时电流试验、杂散电容与高频阻抗测量和匝间绝缘试验；
13.对耗能支路避雷器进行试验：包括外套的外观检查、爬电距离检查、残压试验、直流参考电压试验、0.75倍直流参考电压下泄露电流试验、暂时过电压耐受时间特性试验、残压试验、能量耐受试验、寿命试验、大电流冲击耐受试验、动作负载试验、密封性能试验、外套绝缘耐受试验、压力释放试验、局部放电试验、多柱避雷器电流分布试验、机械负荷试验、热机和沸水煮试验；
14.对变压器进行试验，包括供能变压器型式试验和层间变压器型式试验。
15.采用本发明提出的机械式直流断路器关键组部件型式试验方法，可以解决机械式直流断路器运行过程中出现故障导致的电网大面积故障的问题，提高了机械式直流断路器的可靠性。电网企业可以对现有的机械式直流断路器进行一系列的关键组部件型式进行相应的试验，对机械式直流断路器的快速机械开关、电容、转移支路电感、耗能支路避雷器以及供能变压器和层间变压器进行试验，以满足电网企业对机械式直流断路器的可靠性、安全性要求。
16.其中，储能电容型式试验包括外观检查、密封性试验、端子间直流电压试验、电容测量、损耗角正切测量、谐振频率测量、冲击放电试验、耐久性试验和自振荡试验；所述充电电容型式试验相较于储能电容型式试验，还包括端子与外壳间交流电压试验，但不包括自振荡试验；缓冲电容试验相较于储能电容型式试验不包括自振荡试验。
17.其中，供能变压器型式试验包括绕组电阻测量、变比和极性测量、空载损耗和空载电流测量、短路阻抗和负载损耗测量、绕组绝缘电阻测量、绕组绝缘介损及电容量测量、外施直流电压试验及局部放电测量、外施交流电压试验及局部放电测量、雷电冲击全波试验、雷电冲击载波试验、操作冲击试验、温升试验和绕组热点温升试验、sf6气体组分分析、密封性试验、sf6气体含水量测量；层间变压器型式试验与供能变压器型式试验项目一样。
18.其中，在无线电干扰试验中试验测得的无线电干扰电压应不超过500μv。
19.更进一步地，在转移支路储能电容型式试验中，电容测量时，电容器单元电容偏差应不超过
±
3％，损耗角正切(tanδ)测量中tanδ≤0.03％；在转移支路充电电容型式试验中，电容器单元电容偏差应不超过
±
3％，损耗角正切(tanδ)测量中tanδ≤0.03％，耐久性试验中电容变化范围≤3％；在转移支路缓冲电容试验中，电容器单元电容偏差应不超过
±
3％，损耗角正切(tanδ)测量中tanδ≤0.03％，耐久性试验中电容变化范围≤3％。
20.更进一步地，在绕组直流电阻测量、电抗测量以及损耗和品质因数测量时，均采用电桥法进行测定；最大短时电流试验中，根据现实工况，短时电流持续时间不低于10ms，试
验3次；杂散电容与高频阻抗测量时，采用成熟的方法测量平波电抗器两端之间的杂散电容，除此之外，还应按gb1094.6的规定在6khz的频率以下测量平波电抗器端子间的高频阻抗。
21.更进一步地，在耗能支路避雷器试验中，在残压试验、直流参考电压试验、0.75倍直流参考电压下泄露电流试验、暂时过电压耐受时间特性试验时，逐片对电阻片电压电流进行测量。
22.更进一步地，在空载损耗和空载电流测量时，测量90％，100％，110％额定电压下的空载电流和空载损耗；在外施直流电压试验及局部放电测量时，在1min内升至试验电压幅值，并保持120min；试验电压为803
×
1.15＝923.5kv；试验判据按照不低于gb18494.2要求；在整个试验期间应测量和记录局部放电；在加压过程中超过1000pc的放电脉冲不超过10个；认为该试验通过；超过500pc的放电脉冲应进行记录；在外施交流电压试验及局部放电测量时，试验在50hz下进行，试验时间为60min，试验电压为568
×
1.15＝653kv；653kv，pd≤10pc；568kv，pd≤5pc。
23.更进一步地，在雷击冲击全波试验时，雷电冲击波试验电压幅值应为1425kv；试验应包括一次50％～75％全试验电压下的冲击(校正冲击波)及其后的三次连续的100％的全试验电压下的冲击；在操作冲击试验时，操作冲击波试验电压幅值应为1175
×
1.1＝1293kv；试验应包括一次50％～75％全试验电压下的冲击(校正冲击波)和三次连续的100％的全试验电压下的冲击。
24.更进一步地，在层间变压器试验中，在外施直流电压试验及局部放电测量时，在1min内升至试验电压幅值，并保持180min。试验电压为118
×
1.1＝130kv；试验判据按照不低于gb18494.2要求；在雷电冲击全波试验时，雷电冲击波试验电压幅值应为299kv(285
×
1.05)。在操作冲击试验时，操作冲击试验电压幅值应为247kv(235
×
1.05)。其他要求与供能变压要求一致。
25.通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明由于在断路器投入电网之前进行试验，避免断路器运行故障导致分断无效等情况，避免给电网造成更大的故障影响。为了帮助电网企业对现有的机械式直流断路器进行一系列的关键组部件型式进行相应的试验，以满足电网企业对机械式直流断路器的可靠性、安全性要求。
附图说明
26.图1是本发明实施例提供的机械式直流断路器拓扑结构示意图；
27.图2是本发明实施例提供的机械式直流断路器关键组部件型式试验方法的实现流程图。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
29.在断路器投入电网之前进行试验，避免断路器运行故障导致分断无效等情况，避免给电网造成更大的故障影响。为了帮助电网企业对现有的机械式直流断路器进行一系列
的关键组部件型式进行相应的试验，对机械式直流断路器的快速机械开关、电容、转移支路电感、耗能支路避雷器以及供能变压器和层间变压器进行试验，以满足电网企业对机械式直流断路器的可靠性、安全性要求。本发明提出了一种机械式直流断路器关键组部件型式试验方法，解决了机械式直流断路器可靠性低等问题。
30.本发明提出了一种如何对现有的机械式直流断路器进行相应的关键组部件型式试验的方法，如图1和图2所示，机械式直流断路器包括相互并联连接的主通流支路1、振荡换流回路2和吸收放电回路3，主通流支路1包括机械开关k，振荡换流回路2包括依次串联连接的电感l和第一电容c1，所述吸收放电回路2包括依次串联连接的电阻r1和第二电容c2，以及与其并联的避雷器r0；其中，型式试验方法包括下述步骤：
31.对机械开关k进行试验：按照gb/t 1984、dl 402进行绝缘试验、无线电干扰试验、主回路电阻试验、温升试验、防护等级试验、电磁兼容试验、机械寿命试验、一致性试验、噪声水平测试，按照gb 11022、dl 593进行辅助和控制回路的附加试验；其中，gb/t 2317.2-2008规定，在规定电压下，试品应无可见电晕，无线电干扰电压不大于规定值(通常为1000uv，也可由需方确定)，则试验通过，此处，在无线电干扰试验中试验测得的无线电干扰电压应不超过500μv。
32.对电容进行试验：包括转移支路储能电容型式试验、转移支路充电电容型式试验和缓冲电容型式试验；
33.对转移支路电感进行试验：按照gb 1094.6进行外观检查、绕组直流电阻测量、电抗测量、损耗和品质因数测量、绕组过电压试验、雷电冲击电压试验。其中，采用电桥法或电压降法进行绕组的直流电阻测定；在额定频率下测其电抗值，也可用电桥法测量电抗；在额定频率下进行，使用电桥法测量损耗，并由测得的损耗与电感导出品质因数。最大短时电流试验，根据现实工况，短时电流持续时间不低于10ms，试验3次；杂散电容与高频阻抗测量采用成熟的方法测量平波电抗器两端之间的杂散电容，除此之外，还应按gb 1094.6的规定在6khz的频率以下测量平波电抗器端子间的高频阻抗；匝间绝缘试验参考ieee std c57.16-1996。
34.对耗能支路避雷器进行试验：包括外套的外观检查、爬电距离检查、残压试验、直流参考电压试验、0.75倍直流参考电压下泄露电流试验、暂时过电压耐受时间特性试验、残压试验、能量耐受试验、寿命试验、大电流冲击耐受试验、动作负载试验、密封性能试验、外套绝缘耐受试验、压力释放试验、局部放电试验、多柱避雷器电流分布试验、机械负荷试验、热机和沸水煮试验；
35.对变压器进行试验，包括供能变压器型式试验和层间变压器型式试验。
36.本发明提供的一种机械式直流断路器关键组部件型式试验方法，由于该测量方法涉及到机械式直流断路器的各个支路，其中包含电阻、电抗、电容测量、雷电冲击试验等，测量范围十分范围广泛，可大大提高机械式直流断路器试验的准确性，确保断路器正常可靠运行。
37.在本发明实施例中，储能电容型式试验按照gb/t 17702，包括外观检查、密封性试验、端子间直流电压试验、电容测量、损耗角正切测量、谐振频率测量、冲击放电试验、耐久性试验和自振荡试验；充电电容型式试验相较于储能电容型式试验，还包括端子与外壳间交流电压试验，但不包括自振荡试验；缓冲电容试验相较于储能电容型式试验不包括自振
荡试验。
38.供能变压器型式试验包括绕组电阻测量、变比和极性测量、空载损耗和空载电流测量、短路阻抗和负载损耗测量、绕组绝缘电阻测量、绕组绝缘介损及电容量测量、外施直流电压试验及局部放电测量、外施交流电压试验及局部放电测量、雷电冲击全波试验、雷电冲击载波试验、操作冲击试验、温升试验和绕组热点温升试验、sf6气体组分分析、密封性试验、sf6气体含水量测量；层间变压器型式试验与供能变压器型式试验项目一样。
39.在本发明实施例中，按照gb/t 17702进行转移支路储能电容型式试验，同时规定电容测量时，电容器单元电容偏差应不超过
±
3％，损耗角正切(tanδ)测量中tanδ≤0.03％。
40.按照gb/t 17702进行转移支路充电电容型式试验，同时规定电容器单元电容偏差应不超过
±
3％，损耗角正切(tanδ)测量中tanδ≤0.03％，耐久性试验中电容变化范围≤3％。
41.按照gb/t 17702进行转移支路缓冲电容试验，同时规定电容器单元电容偏差应不超过
±
3％，损耗角正切(tanδ)测量中tanδ≤0.03％，耐久性试验中电容变化范围≤3％。
42.在本发明实施例中，按照gb 1094.6进行转移支路电感试验，在绕组直流电阻测量、电抗测量以及损耗和品质因数测量时，均采用电桥法进行测定；最大短时电流试验中，根据现实工况，短时电流持续时间不低于10ms，试验3次；杂散电容与高频阻抗测量时，采用成熟的方法测量平波电抗器两端之间的杂散电容，除此之外，还应按gb1094.6的规定在6khz的频率以下测量平波电抗器端子间的高频阻抗。
43.在本发明实施例中，在耗能支路避雷器试验中，在残压试验、直流参考电压试验、0.75倍直流参考电压下泄露电流试验、暂时过电压耐受时间特性试验时，按照gb/t 22389、gb 11032、dl/t 1156，逐片对电阻片电压电流进行测量。
44.在本发明实施例中，供能变压器型式试验中，在空载损耗和空载电流测量时，测量90％，100％，110％额定电压下的空载电流和空载损耗。在外施直流电压试验及局部放电测量时，在1min内升至试验电压幅值，并保持120min；试验电压为803
×
1.15＝923.5kv；试验判据按照不低于gb 18494.2要求；在整个试验期间应测量和记录局部放电；在加压过程中超过1000pc的放电脉冲不超过10个，认为该试验通过，超过500pc的放电脉冲应进行记录；在外施交流电压试验及局部放电测量时，试验在50hz下进行，试验时间为60min，试验电压为568
×
1.15＝653kv；653kv，pd≤10pc；568kv，pd≤5pc。
45.在本发明实施例中，在雷击冲击全波试验时，雷电冲击波试验电压幅值应为1425kv；试验应包括一次50％～75％全试验电压下的冲击(校正冲击波)及其后的三次连续的100％的全试验电压下的冲击；在操作冲击试验时，操作冲击波试验电压幅值应为1175
×
1.1＝1293kv，试验应包括一次50％～75％全试验电压下的冲击(校正冲击波)和三次连续的100％的全试验电压下的冲击。
46.在本发明实施例中，在层间变压器试验中，在外施直流电压试验及局部放电测量时，在1min内升至试验电压幅值，并保持180min。试验电压为118
×
1.1＝130kv；试验判据按照不低于gb 18494.2要求；在雷电冲击全波试验时，雷电冲击波试验电压幅值应为299kv(285
×
1.05)。在操作冲击试验时，操作冲击试验电压幅值应为247kv(235
×
1.05)。其他要求与供能变压要求一致。
47.为了更进一步的说明本发明实施例提供的试验方法，现结合具体实例详述如下：
48.(1)快速机械开关试验，其中包括绝缘试验、无线电干扰试验、主回路电阻试验、温升试验、防护等级试验、电磁兼容试验、机械寿命试验、一致性试验、噪声水平测试以及辅助和控制回路的附加试验。
49.(2)电容试验，分为转移支路储能电容型式试验、转移支路充电电容型式试验和缓冲电容型式试验三种电容试验。储能电容型式试验包括外观检查、密封性试验、端子间直流电压试验、电容测量、损耗角正切(tanδ)测量、谐振频率测量、冲击放电试验、耐久性试验和自振荡试验；充电电容型式试验相较于储能电容型式试验，还包括端子与外壳间交流电压试验，但不包括自振荡试验；缓冲电容试验相较于储能电容型式试验不包括自振荡试验。
50.(3)转移支路电感试验，其中包括外观检查、绕组直流电阻测量、电抗测量、损耗和品质因数测量、绕组过电压试验、雷电冲击电压试验、最大短时电流试验、杂散电容与高频阻抗测量和匝间绝缘试验。
51.(4)耗能支路避雷器试验，其中包括外套的外观检查、爬电距离检查、残压试验、直流参考电压试验、0.75倍直流参考电压下泄露电流试验、暂时过电压耐受时间特性试验、残压试验、能量耐受试验、寿命试验、大电流冲击耐受试验、动作负载试验、密封性能试验、外套绝缘耐受试验、压力释放试验、局部放电试验、(多柱避雷器)电流分布试验、机械负荷试验、热机和沸水煮试验。
52.(5)变压器试验，分为供能变压器型式试验和层间变压器型式试验。其中，供能变压器型式试验包括绕组电阻测量、变比和极性测量、空载损耗和空载电流测量、短路阻抗和负载损耗测量、绕组绝缘电阻测量、绕组绝缘介损及电容量测量、外施直流电压试验及局部放电测量、外施交流电压试验及局部放电测量、雷电冲击全波试验、雷电冲击载波试验、操作冲击试验、温升试验和绕组热点温升试验、sf6气体组分分析、密封性试验、sf6气体含水量测量。层间变压器型式试验与供能变压器型式试验项目一样。
53.需要说明的是，上述5个步骤相互之间没有严格的顺序之分，实际操作中可以根据测试需求调整。
54.本发明提出的型式试验方法，在断路器投入电网之前进行试验，避免断路器运行故障导致分断无效等情况，避免给电网造成更大的故障影响。为了帮助电网企业对现有的机械式直流断路器进行一系列的关键组部件型式进行相应的试验，以满足电网企业对机械式直流断路器的可靠性、安全性要求。
55.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。