马捷　马雅丽　关睿

【摘  要】近年来社会用电需求的不断增大，电力的使用也更加广泛，在使用电力的过程中，使用的电力种类也各种各样。在所有种类电力使用过程中，以高压电的使用风险最大。因此在进行高压电力进行使用之前需要对高压电断路器进行开断试验，确保断路器的正常运行，保障高压电使用的安全性。本文就高压直流断路器开断试验方法展开探讨。

【关键词】高压直流断路器;开断试验;技术试验方法

1高压直流断路器的开断原理

（1）直流电弧。电弧作为一种特殊的气体导电现象，不仅在雷电条件下存在，而且也普遍出现在断路器开断过程中。直流电弧是在直流断路器断开直流回路的过程中产生的（图1），为了研究直流断路器的开断功能，必须对电弧特性有一定的了解。

图1中，电源E、电阻R、电感L和断路器CB共同构成产生电弧的直流电路，假设电路在CB未断开之前时回路稳定，电流为I;当断开CB时，产生电弧，回路电流为i，电弧电压为u，则电路方程为：

假设电弧在经过燃弧时间tm之后熄灭，电弧能量A和系统产生的过电压将是影响断路器熄弧的重要条件。由式（1）可得燃弧时间：

由式（2）可知，回路中的电流和电感越大，电弧就越不容易熄灭，持续的时间也就越长;而电弧电压越大越有利于熄灭电弧。因此，提高电弧电压可以提升直流断路器的开断性能。电弧能量A在一定程度上决定了带电离子的游离程度，也是研究直流断路器开断性能的一个切入点，由图1可得电弧能量A的计算式为：

由式（3）可知，电弧能量由两部分组成：一部分是CB断开之后，电弧未熄灭之前，在tm时间内由电源供给的能量;另外一部分是电感在此之前储存的能量，这些能量要在直流断路器断开电路的过程中释放，增加了直流断路器的负担。断路器断开回路的过程实际就是使电流变零的过程，因而燃弧时间tm越小越好。但是tm太小也会带来电感释放能量过大的问题，产生的自感电势叠加于电源电动势将会引起过电压，当设备绝缘性能不好时可能会发生事故。其中，自感电势的计算公式如下：

从式（4）可以看出，电感越大，电流下降越快，過电压也越大。在实际断路器设计过程中，需要综合考虑燃弧时间、电感和其他转移电流元件参数的大小。（2）直流断路器开断方法。熄灭直流电弧是直流断路器的唯一目标，因为只有这样才能断开直流回路。笔者根据直流电弧特性提出了4种直流断路器的开断方法，即增大电弧电压、接入电阻、叠加振荡电流和电流转移，这些方法不仅涉及到断路器内部灭弧室的构造，而且也在其外部创造了良好的灭弧条件。

2高压直流断路器开断试验方法

2.1采用短路发电机试验法进行试验

在进行电气设备的高压试验工作之前，应事先做好充分准备，只有做好充分准备，事先预料到可能发生的情况，在出现突发问题时，才能够确保对问题进行有序的处理，尽量避免和减少损失，保障工作人员的生命安全。在进行准备工作时，首先要确保进行试验的仪器合格，能够满足试验的需求。在安全的电压环境下对仪器进行试验，观察仪器的工作状态，能够在保证工作人员的生命安全的条件下，对仪器进行检测，出现问题的仪器因及时进行维修或进行更换，避免在日后工作中使用损坏的仪器，造成不必要的损失。在进行试验的过程中，对各个仪器进行检验的标准应根据其重要程度来制定，要在确保高压电力系统安全性的同时，尽可能减少进行试验的难度以及工作压力。完成高压试验的准备工作之后，便可以开始进行高压直流断路器的试验工作，高压试验工作分为许多方面的试验，在进行试验时首先应对电气设备进行较为重要的耐压试验，耐压是仪器质量较为重要的一个判断标准，如果高压直流断路器的耐压程度不足，便无法在电压较高的电路中充分发挥作用。确保高压直流断路器能够满足基础的工作需求之后，便需要进行实践操作对其真实的运行情况进行试验。在进行试验时可以采用短路发电机法进行试验，在利用短路发电机进行试验的过程中，能够有效避免高压直流电几乎没有动态变化的特点，在进行试验的过程中采用的是低压的交流电。采用低压交流电进行试验，是对电路进行检验最为有效的方法。采用这种方法，需要有一个低压交流电发电机，在进行运行的过程中，电压较低，相对而言，试验的安全性便会较高。在进行试验的过程中，需要用到电磁感应的原理，在试验的过程中，在含有电源的部分，设置一个滑动变阻器，以及开关，然后闭合开关调节滑动变阻器，电路中的电流会根据滑动变阻器的阻值发生变化，而另一部分感应线圈中，含有高压直流断路器，该线圈中的电流来自与电磁感应产生的电流。当原线圈的电流发生变化时，该线圈也会发生变化。当原线圈中阻值达到最小时，高压直流断路器所在的线圈中，电流大小会迅速上升，进而通过观察高压直流断路器的工作情况，便能够了解断路器的工作情况。

2.2合成试验法

针对直接试验存在对电源的容量要求高，造价昂贵等问题，提出了等价性且经济性较好的合成试验法，合成试验法的原理见图2，其中电抗器L1、电容器C1以及触发间隙GP1组成电流源回路，为断路器提供模拟短路故障电流;电抗器L0、电容器C0以及触发间隙GP2组成电压源回路，为直流断路器提供电流过零后的恢复电压。试验时，首先闭合AB1，触发导通触发间隙GP1，预充电电容C1与电感L1振荡产生低频交流电流，模拟短路故障。在电流上升过程中，直流断路器接收到分闸命令，开始分闸，在电流到达前1/4峰值处完成电流开断。电流开断前提前一定时间触发导通电压源回路GP2，振荡产生恢复电压，保证在电流过零时立刻施加恢复电压。合成试验法将短路电流与恢复电压分为两个回路来提供，使得试验更加经济，并且回路中的参数易于调节，可以满足不同电压等级的需求。但是对于机械式的高压直流断路器采用合成试验法时，由于换流回路中电容的作用，会使机械开关两端的恢复电压上升率比实际直流开断情况中恢复电压上升率要低，短路故障电流更易开断。

结语

现阶段，比较可靠的试验方法为短路发电机直接试验法以及合成试验法。短路发电机直接试验法的等效性较高，开断后恢复电压幅值与上升率更符合实际系统开断情况。但是其试验平台造价昂贵，只有少数实验室有条件进行相关试验。而合成试验法虽然开断后恢复电压上升率较低，但是其经济性较高，更适合普遍推广。因此，一种等效性更高的合成试验开断方法也是现在及以后的发展方向。

参考文献：

[1]马为民，吴方劼，杨一鸣，等.柔性直流输电技术的现状及应用前景分析[J].高电压技术，2015.

[2]袁清云.特高压直流输电技术现状及在我国的应用前景[J].电网技术，2016.