大容量开关电器特性试验关键技术

 
1.概述
       低压断路器无论是出厂试验还是型式试验都要进行瞬时、长延时至短延时的脱扣特性试验。因此，必须具有下列测试条件的设备：
       （1）一个大电流发生系统，可以在预期的电流范围内自由调节，并保持波形的正弦性。
       （2）可以在电源电压的特定相位下闭合电路，以消除电流起始瞬间的不对称分量，并能瞬时显示试验电流值和脱扣或不脱扣时间。
       （3）对长延时特性试验应保持电流的稳定性，不因电源电压或电路阻抗的变动而发生偏移。 
2.瞬时特性大电流发生系统
       大电流发生系统的主要指标是如何以最合理、经济的手段获得足够大的电流输出能力。当前，低压电器检测及制造行业通用的方式是采用多磁路调压、变压系绝系统的输出能力及其经济性取决于以下因素：
       （1）多磁路变压器的负载能力和短路阻抗；
       （2）电源系统：包括电源变压器和馈电线路的工作参数；
       （3）多磁路变压器参数与系统参数的合理匹配；
       （4）自多磁路变压器至被试品之间连接线的合理布局；
       （5）合理的调压系统，不导致波形失真、过大的电压损失和过高的投资。多磁路变压器的阻抗包含两部分：①本机的阻抗，取决于变压器本体的设计；②输出端汇流铜排的阻抗。经过实测：汇流铜排的阻抗几乎与本机阻抗相等同、因此它同样是一个重要因素。汇流铜排阻抗的减小到取决于电流的导向能使电感具有有效的相互补偿性，自多磁路输出端至被试断路器的连接导线阻抗的减小同样取决于导致双线回路电感具有相互补偿性；而汇流铜排的导向与外接导线的布置对电感所产生的可补偿作用，两者则又是相辅相成的。
 
3.激磁涌流问题
       多磁路调压变压系统在电源输入端突然闭合电路的情况下将随机出现激磁涌流，涌流的大小因闭合相角的不同而异。激磁涌流是变压器运行中所常见的问题，产生的原因为：①在不利相角下闭合电路所形成的非对称过量磁通；②铁芯中存在剩磁。
        对于特性试验电路而言并不存在剩磁问题。因为电路无论是在负载端还是在电源端分断，断开的都属于感性电路。电流过零，电相位在70°~90°，磁通滞后于电压相位90°，因而磁通也自然过零。
       消除浪涌电流的最佳方法是选择电压相位在70°~90°的闭合电路，此时，磁通以0为起始，在电压相位70°~90°至180°范围内上升，上升幅度是正常的1~1.25倍，是0°闭合的50%~63%。在这样的条件下便不会出现浪涌电流。
减少激磁涌流的另一方法是在电源电路中接入空载电流形成5%电压降的电阻，或接入一个与激磁饱和感抗可比的足够大的电阻然后在闭合电路后0.1s内加以短接。但前者只能适当降低涌流幅度，后者则造成构件和操作上的复杂化。
        电压相位在70°~90°的闭合电路不仅是消除涌流所需，同时也是消除试验电流不对称分量所必需，后两者的消失机理其实是统一的。采用选相闭合电路，可获得两者皆被消除的效果。
 
4．断路器瞬时特性试验
       瞬时试验设备容量大时，回路功率因数很低，试验电流中往往含有很大的冲击分量（分周期分量），且随合闸角不同而改变，导致试验电流变化很大，波形不符合标准规定的要求。降低冲击分量可串接大量电阻以提高功率因数而达到：但代价太大。最好的方法是采用选相合闸。当合闸角等于功率因数角时，试验电流无冲击分量。
       大容量变压器浪涌电流很大，降低浪涌电流的最好方法也是采用选相合闸。
       降低试验电流冲击分量的选相要求与降低变压器原边浪涌电流的选相要求是一致的。当合闸角等于功率因数角时，试验电流无冲击分量，而原边正是无浪涌电流之时。
       选相合闸可选用合闸开关或可控硅实现。前者优点是能承受高压；缺点是选相准确度受开关固有的动作时间影响很大，常需测定和校正。后者缺点是难以承受高压；优点是选相准确度高而稳定。使用方便、寿命长。对于特性试验，采用可控硅选相较合理。
 
5.瞬时特性试验值的测量
       瞬时试验电流持续时间很短，需用数据采集系统或峰值保持电路方法测测量。鉴于瞬时脱扣主要决定于电动力，从而决定于电流峰值，故后者方法也属有效，唯用峰值除以 得出的是等效有效值。若波形无畸变、且试验电流无冲击分量时，测峰值和测有效值等价。
       用测量峰值的方法测量瞬时特性试验电流可用峰值电流表。
 
6.调压器问题
        采用多磁路变压器的优点之一就是可将调压器容量降低为常规的1/6，但对于大容量多磁路系统而言这仍然是一个不小的数字。
        传统试验室的调压系统是一个多绕组有15级输出的变压器与辅助自藕调压器细调环节的组合，调压器容量减小为原来的1/15。这种构件不仅可以免除以上缺陷，提高输出能力，且具有调节稳定，电压直观等特点；造价则仅为120kVA感应调压器的50%。另外，由于体积和重量的减小，调压与磁路转换环节便于组装在同一柜体内，成为磁路转换与调压的成套设备，具有外观完整、简化接线和方便操作的特点。
 
7.长延时特性试验中的稳流技术
        由于电路长期通电试验是考核产品的热效应，而电流与热量之间是平方关系，故要求电流误差不大于士2%。需用自动稳流来保证。目前交流自动稳流技术大致有以下4种：
       （1）采用磁性元件。例如磁放大器作为控制元件的稳流技术。它由于波形失真而不适用。
       （2）稳流变压器。它由2个相互耦合的铁芯线圈中间串一电容组成一个T型网络。当电感、互感、电容满足某个条件时，输出电流与负载阻抗无关。它的反应奇快(约30ms)，缺点是调整较难，一旦失调：波形严重失戛其稳流范围及精度也不够：且不能稳定因输入电压变化所引起的电流变化，故也不适用。
       （3）微机稳流电源。在引流变压器前级加置变压器，其副边是一连串独立绕组，绕组电压按8421编码。每个绕组配2只双向可控硅，一通一断，或者将此绕组串入输出电压，或者剔除，以改变输出电压，从而改变升流变压器的输入电压。这些可控硅由计算机控制。其优点是稳流精度高，反应快，缺点是可控通断控制要精确，切忌同一绕组的2个可控硅同时导通，造成绕组短路。更忌可控硅击穿，从而易损坏。一般只适用于小容量电源。
       （4）用电动调压器作为控制元件的系统，这是应用最普遍的稳流系统。它调节范围宽，容量可大可小：不对波形产生附加畸变，工作可靠。但由于检测环节、控制环节的时间常数远大于被控对象的时间常数，其可控性较差。按传统方法设计的系统稳流精度在士(3%～5%)左右。目前该系统的设引技术已有突破。 
        维思自动化研发的稳流控制器采用缩小测量环节的时间常数与较复杂的调节规律的办法，稳流精度优于土1%，且无超调，已完全能满足断路器特性试验中稳流精度要求。