電路開關的綜合等效試驗電路的製作方法

2023-04-25 21:28:41

專利名稱：電路開關的綜合等效試驗電路的製作方法
技術領域：
本發明與檢驗動力電路開關的大電流開關性能之綜合等效試驗電路有關，尤其與產生四參數瞬態恢復電壓(以下簡稱TRV)的電路有關。
大功率動力電路開關的發展是值得注意的。近年來，額定電壓為362至420KV的電路開關能用每相一個斷路器來建造。此外，額定電壓為550KV只用單斷路器的電路開關已經研究成功。
另一方面，根據國際電工技術委員會(簡稱IEC)和日本電工技術委員會(簡稱JEC)關於大功率動力電路開關的開關試驗，所謂四參數瞬態恢復電壓(TRV)規定為加在斷電流的電路開關的電極之間的電壓波形，在TRV中峰值出現在後面。
也就是說，四參數TRV的意思是一定的電流被切斷以後就有四個參數確定，它們包括加到被試電路開關的接點之間電壓波形的第一和第二參考時間以及此時的第一和第二參考電壓值，如果這四個參數符合要求，就可確定比正在試驗的電路開關具有所需要的開關性能。
然而，由通常廣泛地被用作檢驗開關性能的韋爾(Weil)綜合等效試驗電路產生的TRV與單一頻率的振蕩有關，而且稱為二參數TRV。因此，為了能產生四參數TRV，已經提出了許多改進試驗電路的方法。然而，還存在著經濟和技術上的問題。這些改進的試驗電路僅有少數實際使用於批量測試，而且還沒廣泛應用。
二參數TRV指的是在上述四參數TRV中只規定兩個參數即加在電流被切斷後試驗電路開關的接點之間的電壓波形的參考時間t2和此時的參考電壓值uc，如果這兩個參數符合規定值，就可確定該試驗電路開關滿足開關性能。
如上所述，隨著電路開關的每個電極的斷路器數目的減少二參數TRV的問題要比列舉的TRV之類更為嚴重。越來越需要能經濟地產生具長的峰頂時間t2的四參數TRV來代替具有短的峰頂時間的二參數TRV的電路。


圖1表示的是一種常規四參數TRV產生電路的實例。圖2是說明圖1電路中的現象的圖。
上述常規四參數TRV產生電路在ISAO TAKAHASHI，MINORI SATOH，和SHUNJI TOKUYAMA(所有這些都屬於日本日立公司的日立研究室)，「FOUR-PARAMETER TRANSIENT RECOVERY VOLTAGE CIRCUITE APPROPRIATE FOR TESTING OF EXTRA HIGH VOLTAGE CIRCUIT BREAKRS」，IEEE Transactions on Power Deliuery，Vol.3，No.1，Page 233，Figs.3 and 4，January，1988的文獻中已經發表。
在圖1中，左邊圖(包括電路開關1，它是用作試驗的)表示的是低壓的電流源電路，而剩下的右邊部分表示的是高壓的電壓源電路。電流源電流ic從頻率為電源頻率的電源2通過用來調整電流的扼流圈3、短路壓壓器18、和輔助電路開關4加到位於電壓源電路中的輔助開關9。電流ic流過輔助開關9和在試電路開關1。在這種情況下，電流源防止電湧吸收器5大多接在圖中所示位置。
電流允許流動後，保護電路免遭高壓和被試電路開關1影響的輔助電路開關4和輔助開關9閉合，電流源電流ic加上。此後，例如，輔助電路開關4、輔助開關9和在試電路開關1幾乎同時打開。控制放電器7在電流源電流ic的最後零點前開始放電。電壓源電流iv就可以從先前已充上電的電容器6流過控制放電器7、扼流圈8、輔助開關9和在試電路開關1，如圖1和圖2所示。
按照這裡使用的電流進入方法，在電流源電流ic為零時間前使電壓源電流iv進入。還有，僅有電壓源電流的時間(t0)為電壓源電流周期(T)的1/8到1/4內。
圖1中，當在試電路開關1成功地切斷電流時，由於電容6中剩餘的電壓使得電流i1到i3流動，如圖2所示。電流i1流過的支路包括電阻10和電容11b組成的串聯電路。電流i2流過的支路包括電阻12和電容13組成的串聯電路。另一方面，如圖1所示，電流i3流過電阻15和16組成的串聯電路。因而，電流(i1-i3)流向電容11a而電流(i2+i3)流向電容14。
由上述文獻「IEEETransactions on Power Deliuery Vol、3，No.1，January，1988」所定的方法設計和構造的電路取電容11和14的電容量遠大於電容13的電容量，(C11C14＞＞C13)。因此，當電壓源電流iV被在試電路開關1切斷時，產生電流i2和作為目標TRV的起始部分的電壓TRV1(如圖2所示)，形成加在電阻12、電容13和電容14組成的串聯電路上的電壓降。
通過適當選擇電路狀態，電流i2的下一個電流零點i20可以在電流i1的下一個電流零點i10的時間以前產生。雖然輔助開關9能用不同形式的結構，但是上述有關的技術相當於一種能容易掌握的方法，在這種方法中接觸點之間的電弧由所加到輔助開關9的電流源電流ic點燃，因而使電壓源電流iu容易加上給出電流i2的開關性能，而不需要增加控制放電器。
用上述方法，在下一個電流零點i20，切斷電流i2時，如果圖1中沒有由電阻16和扼流圈15組成的支路，如圖2中點劃線所示，在試電路開關1的最終電壓將保持在接近TRV的起始峰值u1的予定值上。這時，幾乎電壓只在電容13兩端而電容14上的電壓很小。因而，如圖所示，通過從多級串聯電容11中予先選擇適當的級數和通過將電容11a經扼流圈15和電阻16連到電容14上，電流i3使電容14上的電壓滯後一段時間後，上升(這種變化假定為TRV2，由(TRV1+TRV2)表示的適合於確定四參數的電壓就能加到在試電路開關1上。
當這種四參數TRV產生電路實際使用時，輔助開關9會帶來相當大的問題。從評價開關性能的觀點和從技術和經濟的觀點都需要作進一步改進。
上述常規技術是靠使來自電源2的全部短路電流ic加到輔助電路開關4、在試電路開關1和輔助開關9來完成的。對於輔助開關9由於斷開部分被大電流電弧所損壞，因此必需經常進行檢常和維護，設備操作也需要改進。另一方面，還可能由於輔助開關9的電弧電壓加速被試電路開關1的斷電操作而作出性能偏好的評價。
本發明的主要目的是產生能被加到高額定電壓電路開關的具有長峰頂時間的四參數TRV，實現高可靠性的試驗，特別是顯著減少第一和第二輔助開關9和20的檢查和維護次數。那就是，輔助開關9和20隻通斷小電流，因而由切斷電流引起的斷電部分的損壞是很小的。因此某些試驗能連續進行許多次而不需要更換這些斷電部位。
本發明的另一目的是電流源電流流過的被試電路開關、輔助電路開關和輔助開關的開關數目減至最少和降低由於這些設備切斷該電流而引起的電弧電壓，因而減少了電流源電流ic的減少並且減少了電流零點附近的失真，因而能更精確地檢驗被試電路開關的切斷電流的性能。
本發明還有一個目的就是用比較小的功率的開關來構成輔助開關，因而獲得經濟的試驗電路。
為了達到上述目的，將固有的電流源電流ic只加到輔助開關4和在試電路開關1而遠小於電流源電流ic(至少是ic的1/10到1/100)的一個小電流從電流源2這邊或者從一個分開提供的電源通過一高阻抗和一輔助開關加到輔助開關9。作為一個阻抗，任何一個扼流圈和電容都能完成上述任務。另一方面，作為提供小電流的電源，電容和扼流圈組成的諧振電路可以用作與電源2不同的第三電源。
在有一個從電源2或諧振電路來的小電流流動的情況下，電壓源電路中的輔助開關9幾乎與輔助電路開關4以及在試電路開關1以及其它類似的開關同時打開。由於輔助開關9是在電流源電流ic的最後一個零點的時間點上切斷該電流。因此，正好在電流源電流qc為零前電壓源電路的連接(即通過輔助開關9供給電壓源電流iu)和以後中斷電容電路電流i2以產生四參數TRV就能很方便地實現了。如上所述，由於輔助開關9上沒有加大電流，所以電極之類幾乎不損耗。因此，能長時間非常穩定地連續工作，而不需要檢查。
現在將參照附圖詳細敘述本發明的幾個優選的實例。
圖1是電路開關的常規綜合等效試驗電路;
圖2是說明圖1所示試驗電路中的現象的圖;
圖3是按照本發明的電路開關綜合試驗電路的第一個實例的線路圖;
圖4是說明圖2所示試驗電路中的現象的圖;
圖5是按照本發明的電路開關綜合試驗電路的第二個實例的線路圖;
圖6是按照本發明的電路開關綜合試驗電路的第三個實例的線路圖;
圖7是按照本發明的電路開關綜合試驗電路的第四個實例的線路圖;
圖8是按照本發明的電路開關綜合試驗電路的第五個實例的線路圖;
圖9是按照本發明的電路開關綜合試驗電路的第六個實例的線路圖;
參照各圖，將詳細敘述本發明的各具體實例。
圖3是按照本發明的電路開關綜合試驗電路的第一個實例的線路圖。圖4是圖3所示的試驗電路的現象的說明圖。
圖3所示的本發明的第一個實例的線路圖與圖1所示的常規線路圖的不同之處有以下幾點。即電流源電流ic不加到輔助開關9而只加到輔助電路開關4和在試電路開關1組成的串聯電路。例如，第二扼流圈19、變壓器21和第二輔助開關20是電流源這邊新增加的。一個電路獨立加到電壓源電路中的第一輔助開關9，一個小電流ia在此電路中流過沿路徑第二扼流圈19→變壓器21→第二輔助開關9→被試電路開關1→變壓器21的地返回。這種情況下，防止電湧吸收器23並聯在變壓器21的一邊，由於同樣理由，電流源防止電湧吸收器5並聯在變壓器18的一邊。
以類似輔助電路開關4的方式，第二輔助開關20用來在電流流動後使小電流源，即第二電流源電路免遭變電壓。
通過上述更改，在試電路開關1、輔助電路開關4和第一、第二輔助開關9和20閉合，因而，電流源提供的大電流ic加到被試電路開關1和輔助開關4而小電流ia加到被試電路開關1和第一、第二輔助開關9和20。此後，例如，被試電路開關1和輔助電路開關4以及第一和第二輔助開關9和20都幾乎同時斷開。就在電流源電流ic最終零點前控制放電器7放電，因而使電壓源電流iv沿圖3所示方向從予先已充上電的電容6開始→控制放電器7→第一扼流圈8→第一輔助開關9→在試電路開關1路徑流動。圖4展示了小電流ia、電流源電流ic和電壓源電流iu之間的關係。圖3中畫的分流器30、31、32和33分別測量各部位的電流ic、ia、iv以及(ic+ia+iv)。
雖然第一輔助開關9的開關性能遠低於被試電路開關1，但其工作方式選擇成在被試電路開關1成功地切斷電流源電流iv之後使電流i2能在下一個電流零點被切斷。當被試電路開關1切斷電流成功時，如圖4所示，由於在圖1和圖2中已敘述過的同樣的理由，一個適合指示四個參數的TRV加到被試電路開關1的兩端。
也就是，在圖4中有規定的四個參數(t1、u1、t2、uc)它們是電流切斷後加在試電路開關電極之間的電壓波形的某參考時間t1和t2以及與這二個時間相應的電壓值u1和uc。如果實際測得的這四個參數(t1、u1、t2、uc)符合所規定的值，就可確定該在試電路開關具有所要求的開關性能。
另外，只向被試電路開關1和輔助電路開關4供給電流源大電流ic，而向第一和第二輔助開關9和20則供給小電流ia就足夠了。因此，輔助開關9和20的切斷電流部位幾乎不損壞。因此，只是圖3中方框A的部分構成一個裝置，並且只有這樣的裝置能長期使用。
在圖3中，測試短線故障的仿真線17可以插入圖中虛線表示的地方，比如說，起始於第一輔助開關9和電阻12的結點，終止了被試線路開關1和輔助線路開關4的繞點的那段線路中。由於如上所述的電路構成，通過一個電路開關(未畫出)和仿真線17並聯，普通短路故障試驗與短線故障試驗之間的轉換以類似於常規韋爾(Weil)綜合試驗的方式進行。
圖5是本發明的第二個實例的電路圖。在此實例中，在變壓器21的初級安置一個限流電容22，因而使小電流ia能流過第一和第二輔助開關9和20。
圖6是本發明的第三個實例的電路圖。小電流ia同樣能流過第一和第二輔助開關9和20。第三個實例使用一種方法，在此方法中事先已充在位於變壓器21初級的電容24上的電荷通過閉合一個關閉開關25而放電，因而使諧振電流ip(它的頻率和相位與電流源電流ic幾乎相同)流動。
圖7是本發明的第四個實例的電路圖。以與上述類似的方式，使小電流ia流過第一和第二輔助開關9和20，第一和第二輔助開關9和20用一個雙斷路(double-break)電路開關來代替。
圖8是本發明的第五個實例的電路圖。
在第一到第四的所有實例中，已經展示了要試驗的單斷路(Sing(Single-break)電路開關1。然而，在雙斷路電路開關的單元試驗中，例如，如圖8所示，可以用二個單元中的一個單元作為輔助電路開關4而剩下的一個單元作為在試電路開關1。第五個實例能用於一種具有兩個或多個斷流器的多斷路(multi-bredks)電路開關中。
在有關的常規技術的例子中，存在試驗電路不適合這種具有兩個或多個斷流器的電路開關的單元試驗的缺點。然而，第五個實例能克服這個缺點。
在所有上述實例中，變壓器21的圖中右邊繞組的低電壓邊末端已經接地，小電流ia流過第一和第二輔助開關9和20。然而，小電流ia當然也流過在試電路開關1。
第六個實例如圖9所示，這是一個不使電流ia流過在試電路開關1的電路現在將對該電路作一描述。
變壓器21的次級兩端都浮於地。以圖3到圖8的實例相似的方式，次級的一端與第二輔助開關20相連。第三輔助開關26是新連到次級的另一端。通過第二和第三輔助開關20和26，變壓器21次級的兩端分別連到第一輔助開關9的兩端。
按照這種電路，能夠在被試電路開關1上只加電流源電流ic和電壓源電流iu來試驗四參數TRV電路，與爾電路類似。
按照本發明可以獲得以下極好的效果。
(1)由於這種電路結構使得只有一個小電流加到電壓源電路中的開關，所以電路源電流ic不受這個開關的影響。這就可能提供一個能作業高可靠評價的四參數TRV產生電路。
(2)由於電路的切斷是靠小電流ia實現的，因此第一、第二和第三輔助開關9、20和26的斷電部位幾乎不損壞。某些試驗能連續多次實行。
(3)由於電流源大電流ic只流過被試電路開關1和輔助電路開關4而小電流ia流過第一、第二和第三輔助開關9、20和26，因此包括輔助開關9、20和26的那個方框部分組成一臺能長期使用的裝置。
(4)輔助開關9、20和26中的每一個都能用小功率開關來構成。
(5)通過用小電流雙斷路開關作為第一和第二輔助開關9和20，能簡化電路。
(6)通過使用多斷路電路開關作為被試電路開關1和輔助電路開關4，能簡化電路。
(7)因此，就設備的維護和檢查而論，有很大的經濟效益。能夠構成高度實用的四參數TRV產生電路。等等。
權利要求
1.一種電路開關的綜合等效試驗電路包括一個第一電流源電路，該電路提供短路大電流(ic)，流過在試電路開關(1)和具有與在試電路開關(1)相同開關性能的輔助電路開關(4)組成的串聯電路；和一個電壓源電路，該電路提供電壓源電流(iu)，從具有充電設備的電壓源電容器(6)流向被試電路開關(1)，途徑一個放電控制放電器(7)、一個第一扼流圈(8)和第一輔助開關(9)，瞬態恢復電壓的起始部分10到t1生成以後，流過第一輔助開關的一個電流(i2)被切斷，從而產生四參數TRV，其特徵是，該試驗電路還具有一個第二電流源電路，該電流源電路從第一電流源電路開始經過第二輔助開關(20)到由第二扼流圈(19)和變化器(21)組成的高阻器件，然後通過在試電路開關(1)和第一輔助開關(9)回到第一電流源電路。
2.一種按照權利要求1的試驗電路，其特徵是一個小電流源是一個諧振電路，該諧振電路由電容(24)、第二扼流圈(19)和閉合開關(25)組成的串聯電路構成，它提供一個小電流流過第一輔助開關(9)。
3.一種按照權利要求1的試驗電路，其特徵在於多斷路(multi-break)電路開關的各斷電部位用作第一和第二輔助開關(9和20)。
4.一種按照權利要求1的試驗電路1其特徵是多斷電路開關的各斷電部位分別用作第一和第二輔助開關(9和20)以及在試電路開關(1)和輔助電路開關(4)。
5.一種按照權利要求1的試驗電路，其特徵是第三電流源電路的變壓器(21)次級的兩端都浮於地，第二輔助開關(20)連到次級的其中的一個端上，第三輔助開關(26)連到次級的另一個端上，小電流經過第二和第三輔助開關(20和26)後加到第一輔助開關(9)。
全文摘要
本發明與能產生四參數TRV的綜合等效試驗電路有關，用來檢查動力電路開關的大電流開關性能。一個固有的電流源電流只加到要試驗的在試電路開關和一個輔助電路開關上。一個遠小於電流源電流、其值至少為電流源電流1/10到1/100的小電流從電源邊或者從通過一個高值電抗和輔助開關獨立提供的電源加到第一和第二輔助開關。任何一個扼流圈和電容器都能用作這個電抗。與電流源不同的電容和扼流圈組成的諧振電路也能用作提供小電流的電源。
文檔編號G01R31/327GK1050465SQ9010786
公開日1991年4月3日 申請日期1990年9月20日 優先權日1989年9月20日
發明者佐藤稔, 高橋功, 黑澤幸夫, 村勝一, 平澤邦夫 申請人:株式會社日立製作所