為準(zhǔn)確估算弧觸頭電氣磨損程度,提出了一種基于斷路器電弧功率的斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)算法,首先通過(guò)在電弧放電時(shí)測(cè)量斷路器的端子上的瞬時(shí)電壓和通過(guò)斷路器的瞬時(shí)電流,對(duì)電弧放電功率和能量進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算;然后采用斷路器的累積電弧能量作為弧觸頭退化水平的評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)斷路器觸頭的電氣磨損情況進(jìn)行評(píng)估;最后通過(guò)仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證了所提算法可準(zhǔn)確評(píng)估弧觸頭的電氣磨損情況,為斷路器的弧觸頭的檢修和維護(hù)時(shí)間提供了判斷依據(jù)。 

【文章來(lái)源】：水電能源科學(xué). 2020,38(07)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

斷路器額定開(kāi)斷電流中斷的響應(yīng)

在單相系統(tǒng)中對(duì)短線路故障進(jìn)行模擬，該系統(tǒng)包括20.78kV的交流電壓源，令其為相電壓，則線電壓為36kV，同時(shí)在系統(tǒng)中加設(shè)工頻電抗、暫態(tài)恢復(fù)電壓控制支路和電源側(cè)時(shí)延電容。針對(duì)電源側(cè)與斷路器之間連接的母線建立工頻母線聯(lián)絡(luò)線模型。該斷路器模型采用與暫態(tài)恢復(fù)電壓調(diào)整支路并聯(lián)的Cassi-Mayr組合電弧模型。利用時(shí)延電容和工頻聯(lián)絡(luò)線模型對(duì)負(fù)荷側(cè)進(jìn)行了模擬。圖1為具有斷路器的36kV短線路故障模型仿真電路圖。仿真采用的斷路器規(guī)格參數(shù)見(jiàn)表1。表2為短線故障電路模型中使用的電路元件參數(shù)。使用常數(shù)參數(shù)線路模塊對(duì)聯(lián)絡(luò)線電路（線路1和線路2）進(jìn)行建模，相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表3。表4為斷路器的電弧模型仿真參數(shù)。

仿真時(shí)將采樣頻率設(shè)置為10 MHz，仿真周期為100ms。斷路器在40ms時(shí)開(kāi)始工作，斷開(kāi)短線路故障電流�；瑒�(dòng)平均值濾波窗口的長(zhǎng)度預(yù)先設(shè)定為1ms，考慮到采樣頻率，則總計(jì)可得到10 000個(gè)樣本。當(dāng)斷路器為氣體絕緣型時(shí)，式（6）、（8）與斷路器絕緣介質(zhì)有關(guān)的指數(shù)k為1.5。設(shè)定斷路器在額定電流或額定功率工作條件下允許開(kāi)斷的次數(shù)最大為10 000次，在達(dá)到設(shè)定的開(kāi)斷次數(shù)后必須對(duì)電弧觸頭進(jìn)行檢查或維護(hù)。在本文所提出的基于電弧功率的斷路器觸頭狀態(tài)監(jiān)測(cè)算法中，觸頭的電氣磨損可由式（8）計(jì)算得到。根據(jù)式（6）可計(jì)算得到本文采用的氣體絕緣中壓斷路器的觸頭狀態(tài)監(jiān)測(cè)閾值為17 200p.u．·ms。采用本文算法，斷路器額定電流在40ms時(shí)中斷的狀態(tài)響應(yīng)曲線見(jiàn)圖2。在圖2中，斷路器開(kāi)斷起弧時(shí)間為5 ms，斷路器觸頭斷開(kāi)次數(shù)達(dá)到10 000次的累積電弧能量為1.435 5p.u．·ms。對(duì)同型號(hào)斷路器在40ms時(shí)中斷額定開(kāi)斷電流，其狀態(tài)響應(yīng)曲線見(jiàn)圖3。在圖3中，斷路器開(kāi)斷起弧時(shí)間為9ms，電弧能量為31.980p.u．·ms。與圖2相比，電弧能量顯著增加，此時(shí)中斷的短路電流幅值較大。由圖3可看出，隨著被中斷的電流的幅值增大，電弧形成的時(shí)間也相應(yīng)增加。對(duì)具有磨損觸頭的同型號(hào)規(guī)格斷路器在40ms時(shí)發(fā)生電弧重燃中斷16kA的短路電流，其狀態(tài)響應(yīng)曲線見(jiàn)圖4。在圖4中，電弧放電時(shí)間增加到13ms，大于同型號(hào)規(guī)格的斷路器在中斷其額定開(kāi)斷電流時(shí)觸頭電弧的放電時(shí)間。在電網(wǎng)以工頻運(yùn)行的前半個(gè)周期內(nèi)，斷路器第一次滅弧未能成功，此時(shí)電弧能量為35.166p.u．·ms。因此，在后半個(gè)周期內(nèi)斷路器仍會(huì)存在電弧。盡管中斷電流低于額定開(kāi)斷電流，但與之前的情況相比，電弧能量有所增加，原因在于斷路器觸頭磨損引發(fā)了電弧重燃。而在沒(méi)有電弧重燃的情況下，中斷相同電流水平時(shí)，電弧能量約為25.233p.u．·ms，比重燃時(shí)的電弧能量低28%。對(duì)具有磨損觸頭的同型號(hào)規(guī)格斷路器在40 ms時(shí)發(fā)生電弧重燃中斷25kA的短路電流，由于中斷電流較大，起弧時(shí)間進(jìn)一步增加到19ms，超過(guò)斷路器的最大允許起弧時(shí)間（15ms），這是由于故障電流大于斷路器的額定開(kāi)斷電流。與中斷16kA的短路電流的情況類似，在電網(wǎng)以工頻運(yùn)行的前半個(gè)周期內(nèi)，斷路器第一次滅弧未能成功，因此電弧在后半個(gè)周期繼續(xù)存在，而此時(shí)故障電流遠(yuǎn)大于額定開(kāi)斷容量，電弧能量為77.367p.u．·ms，增幅較大。圖3 斷路器額定開(kāi)斷電流中斷的響應(yīng)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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