本發(fā)明屬于高電壓與絕緣技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于混合式高壓直流斷路器快速機(jī)械開關(guān)動(dòng)態(tài)均壓測(cè)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域，高壓直流斷路器作為核心設(shè)備之一，主要用作系統(tǒng)主保護(hù)裝置。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，直流斷路器需要在數(shù)毫秒內(nèi)完成故障電流開斷，并快速故障線路的隔離及重合閘，其可靠性直接影響了柔性直流電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。但是，由于直流斷路器無電流過零點(diǎn)，無法類似交流斷路器利用電流過零點(diǎn)實(shí)現(xiàn)開斷，必須人工創(chuàng)造電流零點(diǎn)。

目前，高壓系統(tǒng)及超高壓系統(tǒng)所采用的直流斷路器通常采用混合式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用主通流支路、轉(zhuǎn)移支路及耗能支路三部分并聯(lián)在一定時(shí)序下的內(nèi)部換流，創(chuàng)造電流零點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)直流開斷。其中，主通流支路由快速機(jī)械開關(guān)和主負(fù)荷閥組串聯(lián)構(gòu)成，用于導(dǎo)通直流系統(tǒng)電流；轉(zhuǎn)移支路由多級(jí)轉(zhuǎn)移支路子模塊串聯(lián)構(gòu)成，用于短時(shí)承載直流系統(tǒng)短路電流，并通過換流將電容串入故障回路，建立瞬態(tài)開斷電壓；耗能支路由多個(gè)避雷器組并聯(lián)構(gòu)成，用于抑制開斷過電壓和吸收線路及平抗儲(chǔ)存能量。其工作原理如下：

a)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)電流經(jīng)快速機(jī)械開關(guān)和主負(fù)荷閥組導(dǎo)通；

b)需開斷系統(tǒng)直流或者短路故障電流時(shí)，觸發(fā)轉(zhuǎn)移支路串聯(lián)的多級(jí)轉(zhuǎn)移支路子模塊，然后閉鎖主支路中主負(fù)荷閥組，電流被強(qiáng)迫轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)移支路中，快速機(jī)械開關(guān)電流過零分?jǐn)啵?/p>

c)快速機(jī)械開關(guān)能夠耐受系統(tǒng)過電壓，閉鎖轉(zhuǎn)移支路串聯(lián)的多級(jí)轉(zhuǎn)移支路子模塊，電流經(jīng)耗能支路消耗吸收，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)直流或短路故障電流的有效開斷。

其中，快速機(jī)械開關(guān)為混合型直流斷路器的無弧開斷部分，正常運(yùn)行時(shí)主要作用是通流；當(dāng)出現(xiàn)短路故障情況時(shí)，需要快速機(jī)械開關(guān)在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)建立絕緣距離，承受斷路器分?jǐn)噙^程中的瞬態(tài)分?jǐn)嚯妷?，?shí)現(xiàn)故障的快速隔離。工程用混合式高壓直流斷路器高速機(jī)械開關(guān)采用多個(gè)真空滅弧室多斷口串聯(lián)技術(shù)，降低單個(gè)斷口的耐壓，減小單個(gè)斷口的行程，從而顯著縮短快速機(jī)械開關(guān)分閘時(shí)間，提高直流斷路器整體分?jǐn)嗨俣?。但不容忽視的是，基于多斷口串?lián)技術(shù)的快速機(jī)械開關(guān)受串聯(lián)真空滅弧室對(duì)地電容、開關(guān)動(dòng)作同期性以及絕緣開距一致性的影響，可能導(dǎo)致真空滅弧室串聯(lián)斷口間的分壓不均。2016年底，我國(guó)首臺(tái)200kv高壓直流斷路器在舟山多端柔直工程中應(yīng)用調(diào)試時(shí)，曾出現(xiàn)快速機(jī)械開關(guān)中兩臺(tái)真空滅弧室延時(shí)1.5s動(dòng)作導(dǎo)致合閘不成功的問題。

若快速機(jī)械開關(guān)各真空滅弧室分?jǐn)鄷r(shí)間超期現(xiàn)象嚴(yán)重、絕緣開距不一致時(shí)，先動(dòng)作真空滅弧室的絕緣開距大，承受瞬態(tài)分?jǐn)嚯妷盒?，而后?dòng)作的真空滅弧室絕緣開距小，承受瞬態(tài)分?jǐn)嚯妷悍炊?，容易造成后?dòng)作的真空滅弧室斷口擊穿放電，隨即快速機(jī)械開關(guān)兩端的瞬態(tài)分?jǐn)嚯妷簩⑷渴┘佑谙葎?dòng)作的真空滅弧室兩端，滅弧室總數(shù)明顯減少后或?qū)е孪葎?dòng)作滅弧室繼而發(fā)生擊穿放電。因此，快速機(jī)械開關(guān)的動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}嚴(yán)峻，有必要開展混合式高壓直流斷路器快速機(jī)械開關(guān)動(dòng)態(tài)均壓測(cè)試，全面考核混合式高壓直流斷路器開通與關(guān)斷的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種混合式高壓直流斷路器快速機(jī)械開關(guān)動(dòng)態(tài)均壓測(cè)試系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：多個(gè)阻容分壓器、多條同軸電纜及一信號(hào)處理器；

各所述阻容分壓器的高壓臂的高壓端分別聯(lián)結(jié)混合式高壓直流斷路器快速機(jī)械開關(guān)各真空滅弧室的高壓端，各所述阻容分壓器的低壓臂的低壓端接地電位，用于測(cè)量各真空滅弧室的高壓端對(duì)地的電壓信號(hào)；

各所述阻容分壓器的高壓臂的低壓端和低壓臂的高壓端分別等電位聯(lián)結(jié)各所述同軸電纜的一端，所述同軸電纜的另一端與所述信號(hào)處理器連接，用于將所述阻容分壓器檢測(cè)到的高壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成低壓信號(hào)并傳送至所述信號(hào)處理器；

所述信號(hào)處理器用于根據(jù)所述同軸電纜傳來的低壓信號(hào)對(duì)各真空滅弧室高壓端對(duì)地電壓進(jìn)行差值運(yùn)算，以獲取兩相鄰阻容分壓器之間的真空滅弧室在各時(shí)刻所承受的電壓信號(hào)。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括一數(shù)字存儲(chǔ)示波器，與所述信號(hào)處理器聯(lián)結(jié)，用于獲取所述真空滅弧室在各時(shí)刻所承受的電壓信號(hào)并顯示。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括一隔離變壓器，供電電源通過所述隔離變壓器為所述數(shù)字存儲(chǔ)示波器供電。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述同軸電纜的一端通過同軸插頭聯(lián)結(jié)所述阻容分壓器的低壓臂高壓端的金屬屏蔽盒，另一端也通過同軸插頭聯(lián)結(jié)所述信號(hào)處理器。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述同軸電纜為雙屏蔽電纜。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)阻容分壓器、多條同軸電纜的數(shù)量均與所述快速機(jī)械開關(guān)中包含真空滅弧室的數(shù)量相同。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述阻容分壓器的數(shù)量為16個(gè)，所述同軸電纜的數(shù)量為16條。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述阻容分壓器的頻率響應(yīng)上限值為10mhz。

利用本發(fā)明實(shí)施例提出的混合式高壓直流斷路器快速機(jī)械開關(guān)動(dòng)態(tài)均壓測(cè)試系統(tǒng)，可準(zhǔn)確獲知混合式高壓直流斷路器快速機(jī)械開關(guān)在分?jǐn)噙^程中每個(gè)真空滅弧室兩端電壓的變化情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)于真空滅弧室動(dòng)態(tài)均壓百分比的檢測(cè)，有效判斷快速機(jī)械開關(guān)的分閘同期性和合閘同期性是否分別滿足小于0.2ms和1.5ms的標(biāo)準(zhǔn)要求，從而保障混合式高壓直流斷路器快速機(jī)械開關(guān)動(dòng)作可靠性。

進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例中還設(shè)置有數(shù)字存儲(chǔ)示波器，可以利用數(shù)字存儲(chǔ)示波器直觀地觀測(cè)每個(gè)真空滅弧室兩端承受的電壓波形，并且還可以存儲(chǔ)真空滅弧室兩端承受的電壓波形以供調(diào)用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為當(dāng)發(fā)生單端接地短路故障時(shí)，混合式高壓直流斷路器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例混合式高壓直流斷路器快速機(jī)械開關(guān)動(dòng)態(tài)均壓測(cè)試系統(tǒng)示意圖；

圖3為數(shù)字存儲(chǔ)示波器16顯示的兩個(gè)真空滅弧室2兩端電壓波形示意圖。

附圖標(biāo)號(hào)：1-快速機(jī)械開關(guān)；2-真空滅弧室；3-主支路換流器功率模塊；4-主負(fù)荷閥組；5-主通流支路；6-混合式高壓直流斷路器發(fā)生單端接地短路故障；7-轉(zhuǎn)移支路換流器功率模塊；8-轉(zhuǎn)移支路子模塊；9-轉(zhuǎn)移支路；10-壓敏電阻避雷器；11-耗能支路；12-阻容分壓器；13-同軸電纜；14-信號(hào)處理器；15-數(shù)字存儲(chǔ)示波器；16-隔離變壓器。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

為便于理解本發(fā)明實(shí)施例，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種混合式高壓直流斷路器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示。該混合式高壓直流斷路器設(shè)備由主通流支路5、轉(zhuǎn)移支路9及耗能支路11并聯(lián)組成。轉(zhuǎn)移支路9由轉(zhuǎn)移支路子模塊8串聯(lián)組成，轉(zhuǎn)移支路子模塊8由多級(jí)轉(zhuǎn)移支路換流器功率模塊7串聯(lián)組成。耗能支路11由多級(jí)壓敏電阻避雷器10串聯(lián)組成。主通流支路5由快速機(jī)械開關(guān)1和主負(fù)荷閥組4串聯(lián)構(gòu)成，其中，快速機(jī)械開關(guān)1由十六個(gè)真空滅弧室2串聯(lián)組成，主負(fù)荷閥組4由多級(jí)主支路換流器功率模塊3串聯(lián)組成。

當(dāng)混合式高壓直流斷路器發(fā)生單端接地故障6時(shí)，該混合式高壓直流斷路器所在系統(tǒng)的保護(hù)設(shè)備檢測(cè)到異常后向該混合式高壓直流斷路器送出動(dòng)作信號(hào)，混合式高壓直流斷路器接收到保護(hù)動(dòng)作命令，隨即主負(fù)荷閥組4閉鎖，同時(shí)轉(zhuǎn)移支路9中的轉(zhuǎn)移支路換流器功率模塊7導(dǎo)通，待短路故障電流完全轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)移支路9后，主通流支路5中的快速機(jī)械開關(guān)1接到分閘命令，開始無弧分閘，并在轉(zhuǎn)移支路9中轉(zhuǎn)移支路換流器功率模塊7閉鎖之前建立起能夠承受一定開斷過電壓的絕緣開距，隨即快速機(jī)械開關(guān)1的各真空滅弧室2兩端承受高壓。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)混合式高壓直流斷路器快速機(jī)械開關(guān)的動(dòng)態(tài)均壓測(cè)試，全面考核混合式高壓直流斷路器開通與關(guān)斷的可靠性，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種混合式高壓直流斷路器快速機(jī)械開關(guān)動(dòng)態(tài)均壓測(cè)試系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，用于在混合式高壓直流斷路器快速機(jī)械開關(guān)分?jǐn)噙^程中監(jiān)測(cè)快速機(jī)械開關(guān)1各真空滅弧室2兩端電壓的均勻性。

需要說明的是，上述的混合式高壓直流斷路器發(fā)生單端接地故障6僅為本發(fā)明的一實(shí)施例，只要系統(tǒng)發(fā)生直流故障(例如單端接地短路故障、單端對(duì)金屬回線短路故障、雙極短路故障等)導(dǎo)致直流斷路器動(dòng)作時(shí)，均可應(yīng)用本發(fā)明下述實(shí)施例中的動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)來觀測(cè)快速機(jī)械開關(guān)1各真空滅弧室2在分閘過程中的動(dòng)態(tài)均壓特性是否滿足要求。

本發(fā)明實(shí)施例提供的動(dòng)態(tài)均壓測(cè)試系統(tǒng)主要包括多個(gè)阻容分壓器12、多條同軸電纜13及一信號(hào)處理器14。各阻容分壓器12的高壓臂的高壓端分別聯(lián)結(jié)混合式高壓直流斷路器快速機(jī)械開關(guān)各真空滅弧室的高壓端，各所述阻容分壓器12的低壓臂的低壓端接地電位，用于測(cè)量各真空滅弧室2的高壓端對(duì)地的電壓信號(hào)。

通常地，上述的阻容分壓器12、同軸電纜13的數(shù)量均與快速機(jī)械開關(guān)1中所包含的真空滅弧室2的數(shù)量相同。例如，本發(fā)明實(shí)施例圖1示出的混合式高壓直流斷路器的快速機(jī)械開關(guān)1中包含16個(gè)真空滅弧室，故本發(fā)明實(shí)施例提供的動(dòng)態(tài)均壓測(cè)試系統(tǒng)中也應(yīng)包含16個(gè)阻容分壓器及16條同軸電纜。

各阻容分壓器12的高壓臂的低壓端和低壓臂的高壓端分別等電位聯(lián)結(jié)各同軸電纜13的一端，同軸電纜13的另一端與信號(hào)處理器14連接。同軸電纜13用于將阻容分壓器12檢測(cè)到的高壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成低壓信號(hào)并傳送至信號(hào)處理器14。

信號(hào)處理器14用于根據(jù)同軸電纜13傳來的低壓信號(hào)對(duì)各真空滅弧室2的高壓端對(duì)地電壓進(jìn)行差值運(yùn)算，以獲取兩相鄰阻容分壓器12之間的真空滅弧室2在各時(shí)刻所承受的電壓差信號(hào)。

在一個(gè)實(shí)施例中，阻容分壓器12的頻率響應(yīng)上限值為10mhz，即可滿足精確測(cè)量的要求。

通常地，本發(fā)明實(shí)施例中的同軸電纜13選用雙屏蔽電纜，其一端通過同軸插頭連接阻容分壓器12低壓臂的高壓端的金屬屏蔽盒內(nèi)，以減少空間電磁波輻射引起的干擾；其另一端也通過同軸插頭聯(lián)結(jié)信號(hào)處理器14，用于將阻容分壓器12檢測(cè)到的高壓波形信號(hào)轉(zhuǎn)換成低壓波形信號(hào)并傳送至信號(hào)處理器14中。

在一個(gè)實(shí)施例中，上述的動(dòng)態(tài)均壓測(cè)試系統(tǒng)還包括一數(shù)字存儲(chǔ)示波器15，該數(shù)字存儲(chǔ)示波器15與信號(hào)處理器14聯(lián)結(jié)，用于獲取所述電壓差信號(hào)并顯示。信號(hào)處理器14通過同軸電纜13一端聯(lián)結(jié)阻容分壓器12的低壓臂的高壓端，另一端聯(lián)結(jié)數(shù)字存儲(chǔ)示波器15，用于將阻容分壓器12測(cè)量的各真空滅弧室2高壓端對(duì)地的電壓波形在每個(gè)時(shí)刻進(jìn)行差值運(yùn)算，得到相鄰兩個(gè)阻容分壓器12之間的真空滅弧室2在對(duì)應(yīng)時(shí)刻所承受的電壓信號(hào)，并將結(jié)果傳送至數(shù)字存儲(chǔ)示波器15上顯示。圖3為在數(shù)字存儲(chǔ)示波器15上顯示的的兩個(gè)真空滅弧室2兩端的電壓波形示意圖。在圖3中，橫坐標(biāo)是直流斷路器動(dòng)作時(shí)間t(單位為毫秒)，縱坐標(biāo)是測(cè)量得到的各滅弧室2兩端所承受的電壓信號(hào)的波形圖。其中，在t0時(shí)刻(即轉(zhuǎn)移支路9中轉(zhuǎn)移支路換流器功率模塊7閉鎖時(shí)刻)之前，快速機(jī)械開關(guān)1各真空滅弧室2建立起能夠承受一定開斷過電壓的絕緣開距；在t0時(shí)刻，轉(zhuǎn)移支路9中的轉(zhuǎn)移支路換流器功率模塊7閉鎖，電流從轉(zhuǎn)移支路9轉(zhuǎn)移至耗能支路11中；t0時(shí)刻后，快速機(jī)械開關(guān)1的各真空滅弧室2兩端開始承受高壓，u1和u2是其中兩個(gè)真空滅弧室2所承受的電壓在數(shù)字存儲(chǔ)示波器16顯示的波形。

信號(hào)處理器14根據(jù)下式對(duì)各真空滅弧室2的高壓端對(duì)地電壓進(jìn)行差值運(yùn)算，來獲取各真空滅弧室2所承受的電壓值：

δui+1(t)＝ui+1(t)-ui(t)

其中，δui+1(t)為第i+1個(gè)真空滅弧室在t時(shí)刻承受的電壓；i+1表示各真空滅弧室的序號(hào)，i為0至15整數(shù)，當(dāng)i＝0時(shí)，u0(t)＝0，當(dāng)i＝15時(shí)，u16(t)為圖1中所示u(t)。

通常地，為了避免供電電源測(cè)引入電磁干擾，本發(fā)明實(shí)施例中的動(dòng)態(tài)均壓測(cè)試系統(tǒng)還包括隔離變壓器16，供電電源通過隔離變壓器16為數(shù)字存儲(chǔ)示波器15供電。

本發(fā)明實(shí)施例提出的混合式高壓直流斷路器快速機(jī)械開關(guān)動(dòng)態(tài)均壓測(cè)試系統(tǒng)，利用數(shù)字存儲(chǔ)示波器15觀測(cè)每個(gè)真空滅弧室2兩端承受的電壓波形，可準(zhǔn)確獲知混合式高壓直流斷路器快速機(jī)械開關(guān)在分?jǐn)噙^程中每個(gè)真空滅弧室2兩端電壓的變化情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)于真空滅弧室2動(dòng)態(tài)均壓百分比的檢測(cè)，有效判斷快速機(jī)械開關(guān)1的分閘同期性和合閘同期性是否分別滿足小于0.2ms和1.5ms的標(biāo)準(zhǔn)要求，從而保障混合式高壓直流斷路器快速機(jī)械開關(guān)動(dòng)作可靠性。

本發(fā)明中應(yīng)用了具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。