高压电器性能试zjzx

《电器测试技术与故障诊断技术》课程作业

题目：高 压 电 器 性 能 试 验

学 院： 电气工程学院

专业班级： 电气工程1208班

学生姓名： 张 潇

学 号： 120301820

提交时间： 2015年 10 月 18日

1.1 基本要求 ................................... 3

1.2实验项目 ................................... 4

2.1机械性能试验 ............................... 5

2.2载流能力试验 ............................... 6

2.3开断能力试验研究 ........................... 6

2.4开断和关合能力试验 ......................... 8

2.5绝缘性能试验 .............................. 10

2.6特殊环境适应性试验 ........................ 10

1.1 基本要求

按照国家标准，对交流高压断路器的性能要求如下：

1.对交流高压断路器额定特性的基本要求

1)额定短路开断电流。

2)额定出现端子故障的瞬态恢复电压。

3)额定短路关合电流。

4)额定操作顺讯。

2.在下列情况下要求给出的额定特性

1）额定近区故障特性。额定电压52kv及以上，且额定短路开断电流大于12.5kA直接和架空线连接的三相断路器。

2）额定线路充电开断电流。开合额定电压72.5kv及以上架空线的三相断路器。

3.根据要求提供的额定特性

1）额定失步开断电流。

2）额定电缆充电开断电流。

3）额定电容器开断电流。

4）额定小电感开断电流。

5）近区故障开断电流。

根据运行条件，近来又提出一些尚未列入标准的试验要求。

1.2实验项目 高压电器试验是对高压电器在正常工作和故障情况下所应具备的机械性能试验、载流能力试验、开断（分断)和关合（接通）能力试验、绝缘性能试验、特殊环境适应性试验等各种性能的验证。在高压电器在正常工作和故障情况下所应具备的各种性能的验证,一般需要进行各种试验项目。高压电器的试验项目有机械性能试验、载流能力试验、开断（分断)和关合（接通）能力试验、绝缘性能试验、特殊环境适应性试验等。

2.1机械性能试验

高压电器的基础试验。据统计，电力系统的事故，约有80%是高压电器机械性能不好引起的。机械性能试验内容包括：①机械操作试验。用来检查产品在规定操作能源下正常工作的性能。②时间特性试验。测出产品的动作时间，例如合闸时间、分闸时间、重合闸操作的无电流时间、金属短接时间等。③速度特性试验。开关触头的分合速度是高压开关电器的重要参数之一，对断路器尤为重要。断路器速度有平均速度和瞬时速度，产生主要影响的是刚分和刚合的瞬时速度。刚分瞬时速度指断路器分闸过程中，动触头刚与静触头脱离接触的瞬间，动触头所具有的速度。刚合瞬时速度指断路器在合闸过程中，动触头刚接触静触头的瞬间，动触头所具有的速度。④机械强度试验。高压开关电器（连同操动机构），在不带电情况下进行连续操作规定次数的试验，用以考核产品各部位的机械强度和磨损能力。此试验又称机械寿命试验。这里的“寿命”指制造厂应保证的各种机械特性仍能保持稳定的最少操作次数。产品寿命的真正终结，要视各具体产品的运行状态而定。所以这种试验实际是机械稳定性试验。⑤密封试验。对充有气体或液体介质的产品进行的试验，以测其密封性能。⑥防雨试验。对户外产品应进行的试验，考核其防雨性能。⑦破冰试验。对带外刀闸的户外产品进行

的试验，考核其破冰能力。⑧耐寒试验。⑨耐地震试验。

2.2载流能力试验 用于考核导电回路通以正常工作电流和短时的短路电流后的温升和动/热稳定性。主要有：①温升试验。当高压电器产品通过正常工作电流时，由于电阻损耗、涡流损耗和磁滞损耗，使电能转变为热能，其中一部分散失到周围介质中去，一部分加热载流导体使其温度升高。温度升高的多少由发热和散热两方面因素决定,同时与载流体通过的电流大小、载流回路截面和材料、机械结构、零部件接触面的接合质量和产品装配质量等因素有关。②回路电阻测量。高压电器载流回路的电阻大小能够反映产品的接触状态和装配质量，所以常用测回路电阻的办法来判断产品的技术状态。③动/热稳定试验。又称短时耐受电流试验。用于考核高压电器在闭合状态下，耐受短路电流热效应和电动力效应的能力。

2.3开断能力试验研究

根据上文的参数设置，进行126kV 高压真空断路器的开断能

力测试，试验现场如图所示。

开断能力的试验一方面验证断路器的开断能力，另一方面验证断路器的运动参数对开断能力的影响。试验前对断路器的运动参数进行调整，并测出运动时间以便确定控制系统的触发时序。断路器的运动参数可通过提高永磁机构的操作电源电压和分闸弹簧的初拉力进行调整，这些参数的调整存在最大值，通过测试，分闸速度的最大值为3.5m/s。

首先在最大值的情况下进行开断能力的试验，需要指出的是，过高的分闸速度会产生更大的冲击力，容易降低断路器的寿命。在分闸速度为 3.5m/s 时进行测试，将电压源电容充电到设定电压值，将电流源充电电压分别按短路电流为12.5、16、20、25、31.5kA 时对应的电压值进行充电，依次进行合成试验，结果都获得成功开断，开断的典型波形如图所示。恢复电压波形在图中上侧，电流波形在图中下侧，从图中可以看出，当恢复电压震荡到负值时，并无电流产生，说明真空断口绝缘恢复，电流成功开断。

通过减小分闸弹簧的初拉力和

机构操作电压，降低断路器的分闸速度进行开断能力验证。当在31.5 kA 的电流下进行合成试验，分闸速度为2.6m/s时，出现不能开断的情况，其波形图如图所示，断口恢复电压与电

流同向，说明开断失败。当降低开断电流时，断路器仍能开断，通过反复试验，当断路器分闸速度低于2.0m/s 时，12.5kA的电流也无法开断。说明过低的分闸速度，使断路器断口的绝缘恢复速度小于断口恢复电压的速度，从而引起重击穿和复燃。

通过以上试验，表明这种新型的126kV 真空断路器的开断能力能够达到31.5kA，并且分闸速度在3.0 m/s 左右，过高的分闸速度不利于断路器的寿命，过低的分闸速度无法开断短路电流

2.4开断和关合能力试验 高压开关电器的一项主要性能试验。验证高压开关电器在最高工作电压下，开断短路（正常）电流的能力和关合短路（正常）电流的能力。根据高压开关电器在电力系统的使用情况，其开

断和关合能力试验包括：①端部短路开断和关合能力试验。指发生在高压开关电器出口端短路时的开断、关合能力试验。②失步开断和关合能力试验。又称反相开断和关合能力试验。连接两个系统的联络断路器，当电力系统出现严重故障时，两电力系统会出现严重失去同步的现象。此时,断路器将分断两个系统使其解列,这种性能的开断称为失步开断。③近区故障的开断试验。指离断路器出口几公里处的短路开断试验。由于带有一段线路，其短路电流比端部短路电流小一些，但恢复电压比端部短路时严格。④电容电流的开断和关合能力试验。电容电流指空载长线充电电流、电容器组电流及电缆线路充电电流。⑤小电感电流开断和关合能力试验。小电感电流指空载变压器的励磁电流、电动机电流和电抗器电流。其开断特点是断路器在开断过程中，易发生截流而产生过电压。⑥发展性故障的开断试验。发展性故障是指断路器在开断小电感电流或容性电流时，由于产生的过电压危及电力设备的绝缘而造成电源短路的故障。此故障的特点是，断路器中本来流过的是小电感电流或电容电流，由于突然电源短路而变为很大的短路电流，给断路器的开断带来很大困难，并由于灭弧室的机械强度不够而发生爆炸事故。⑦并联开断试验。指电力系统的一种特殊接线情况，即一条输出线路由两个供电电源供电，每一供电线路均各用一

台断路器保护。输出线路发生短路时，两台断路器均需开断。由于两台断路器的动作时间总有先后，先分断的断路器先开断，而后分断的断路器流过的短路电流将由原来分担的一部分突然增加到全部。情况与发展性故障相似，同样会给断路器带来很大的困难。⑧异相接地故障的开断试验。指断路器两侧出现不同相接地的短路开断试验。断路器两侧短路的这一段开断电压由正常开断时的相电压提高为线电压。

2.5绝缘性能试验 绝缘性能试验检验高压电器产品耐受电力系统正常工作电压和各种过电压的能力，以确保高压电器可靠运行。绝缘性能试验包括：①工频耐压试验。主要检验高压电器产品耐受电力系统长期工作电压及内部操作过电压的能力。有短时（1 分钟）工频耐压试验和长时间工频耐压试验。②冲击耐压试验。冲击电压是一极短时间的脉冲高压。用冲击电压来模拟大气过电压对高压电器产品进行试验，以检验其在大气过电压作用下的绝缘性能。有操作冲击电压试验和雷电冲击电压试验。

2.6特殊环境适应性试验 特殊环境适应性试验包括湿热带条件试验、高原气候条件试验和污秽试验等。

试验方法 高压电器的试验项目是根据电力系统对其要求而定出的。高压电器的试验尽可能按电力系统的实际情况进行。其主要试验项目的试验方法有5种。

机械速度特性试验方法 主要有3种:①电磁振荡器法：采用交流电磁式机械振荡器。当振荡器的线圈通入交流 50赫电流时，其振荡笔尖开始作每秒100次的振动。操作试验时，振荡器笔尖连结在断路器动触头直线运动部分的薄片上，并描绘出振荡波。波形上任何两个相邻波峰间的时间间隔为0.01秒，薄片上纵向的长度即为断路器动触头运动的行程。由此可求出动触头运动的速度特性。②行程记录器法：行程记录器由厚度相同的一组金属片和一组绝缘片相间叠制而成。其滑动触头与断路器动触头相连，并用电池与光线示波器的振子接通。当断路器动触头运动时，同时起动示波器即可以拍摄出动触头运动的波形，并由此计算出断路器的时间特性和速度特性。③霍耳效应传感器法：其原理同行程记录器法，只是将行程记录器换成霍耳效应传感器。测量较准确并且方便。

温升试验法 用一调压变压器和大电流变压器组成试验回路，对被测试电器供给所需的工作电流。被测试电器的安装接线方式与在电力系统中工作的情况相同。用热电偶测量其温度。 动热稳定试验法 开关、变压器等电器在短路工况下，应能

承受短路电流产生的电动力和热效应的影响而不致损坏。这两项要求分别称为动稳定性和热稳定性。动热稳定试验方法是：用冲击发电机或电网与降压大电流变压器组成供电回路，对被测试的高压电器供电。高压电器的导电回路呈闭合状态接于变压器的二次侧，并成短路形式。高压电器与变压器的连接方式和所选用的连接母线与电力系统中实际运行情况相同或处于不利条件下。热稳定电流一般等于断路器的额定开断电流，用有效值表示。动稳定电流包括非周期分量，用峰值表示，数值一般为热稳定电流的2.5倍。

开断关合能力试验法 按电源装置有以下 3种方法。 ①网络试验法:以电力系统作为试验供电电源。缺点是度验容易受到电网容量的限制；恢复电压受电网的电感和对地电容限制,因而不易调整;试验时间和试验次数受到限制。其主要试验设备是试验变压器、合闸开关、保护开关、调节短路电流和功率因数用的电感和电阻、调频电容和调频电阻等。②冲击发电机试验法：利用一种特制的巨型同步发电机作为试验电源对高压电器进行试验。其优点是试验方便，试验等价性好。缺点是投资大，建设周期长，维护复杂。主要试验设备是一套冲击发电机系统，包括拖动电动机、励磁机和同步电机。其他设备同网络试验方法相同。③振荡回路试验法：用充满电荷的电容器对电感线圈

放电，用由此得到的工频交流电源对高压电器进行试验。其优点是经济、方便，适宜作大量研究性试验。缺点是试验等价性稍差，只能作分断试验，并且只适用于燃弧时间短的断路器。其主要试验设备有带整流充电装置的电容器组、电感线圈。点火球隙和合闸开关等。

按试验方法又有以下3种。①完全试验法:按断路器规定的额定电压和额定开断电流对其进行整台的直接试验。这种试验最接近实际开断情况。但这种试验方法必须供给断路器全部容量，对大容量断路器来说这几乎是不可能的。对于中等容量的断路顺，也要有巨大的设备。因而这种试验方法只用在小容量的断路器上。②部分试验法：取断路器一相的部分断口进行直接试验，然后推算出整台断路器的额定开断容量。此方法适用于有多断口串联的断路器，并且各断口的工作条件完全相同。③合成试验法：随着电力系统容量的增大，高压电器的开断容量也越来越大。单独使用网络、冲击发电机、振荡回路系统进行完全试验、部分试验都已满足不了高压电器开关试验的需要。因此出现了合成试验法。由于断路器在短路电流的弧道熄灭以前，电弧电压很低，所以先用一套低压电源供电；当电弧电流过零后，再用一套高压电源提供加在断路器断口两端的恢复电压，以此考核电弧是否会重燃。这种试验回路称合成回路。合成试

验法设备投资少，试验等价性也得到世界各国的公认，大容量的开断试验多采用此试验法。

绝缘性能试验法 被测试电器是完整的一台或一级，与邻近物体的距离要与使用情况相同。试验时加电压部位是：①每极在分闸和合闸位置的导电部分对地间；②相间导电部分之间(分闸位置、合闸位置分别进行)；③分闸状态下同极的断口间。