基于并联谐振技术的带电拉刀闸体感装置的研制

程文锋林春耀

摘要：本论文研制了一种基于并联谐振方式工作的10kV电压系统隔离刀闸的电弧发生装置。它主要由谐振电容和谐振电感组成的主谐振回路，并采用补充谐振损耗和谐振电压控制的激磁变压器。由装置所产生的电流和断口之间的电压可以使整个电弧发生装置稳定起弧。本论文所研制的室内带电拉刀闸装置具有噪音低、供电功率小等特点，对电弧装置的研究还可对此类故障的保护和故障的起到演示作用。

关键词：电弧；并联谐振；漏抗；回路；容量1.引言：安全体感是近两年来从日本、台湾等地所引进来的一种逆向作业安全教育训练课程。通过亲身体验作业中潜在的危险及可能导致伤害之情景，进而心生警惕，使学员明确认知电力和各种对人体的危害及如何做到自我防护，愿意主动落实防护措施，确保工作安全与健康。而带负荷切除隔离开关是电力系统安全运行管理中五大恶性操作之一，其基本原因都是因为人员对事故的恶果认识不足，没有严格按操作规程操作造成的。即使现场操作人员都难以看到真实的刀闸电弧如何烧毁设备，甚至致人死伤的。在技术人员中，也极少隔离刀闸电弧的实际情况，本项目的研发目的就是构造一个电弧再现过程平台。

2.冷电弧稳定性分析在一定的电流下拉开刀闸时，会在刀闸断开处产生电弧。

当电流较小、温度较低时所产生的电弧称为冷电弧，研究冷电弧出现及其所产生的影响对其防护是也是非常有必要的。但这种冷电弧发生装置在实验室内容易受到供电电源容量的约束，无法产生持续电弧，如图1示为在试验室所产生的冷电弧，其发光比较耀眼，但持续时间短，也无明显的击穿空气声。因此，为研制一种满足在受约束条件下产生稳定电弧的装置，必须解决容量、电压及电流问题。

图1低容量下的冷电弧3、装置设置原理分析本装置是基于并联谐振方式工作的10kV电压系统，在隔离刀闸操作下产生电弧的装置，其原理见图2。它主要由激磁变压器、谐振电容、谐振电感、隔离刀闸、气动控制系统和保护测量装置等组成。当隔离刀闸处于合闸位置时，谐振电容和谐振电感组成的主谐振回路6，此时谐振电容和电感发生并联谐振，回路6中具备产生电弧所需的电流。当气动系统把隔离刀闸拉开时，便在隔离刀闸上产生电弧。由于采用了并联谐振方式，在隔离刀闸分离时，所加的电流和断口之间的电压形成的功率可以使整个电弧发生装置稳定起弧。

图2电弧装置原理图4、装置参数分析及设计电弧发生装置并联谐振工作时电压为10kV电压，在主谐振电容和主谐振电抗谐振时形成主谐振电流，隔离刀闸被嵌入到主谐振回路中。激磁变压器控制谐振回路的工作电压，并提供主谐振回路中间的损耗。因此，激磁变压器在正常时流出回路1中的电流只占主谐振电流回路6的3%左右，这种结构使得刀闸流过60kvar的能量时，激磁变只提供了2kVA的输入功率。

电容C上流过的电流Ic可以用进行计算，由于该装置没有负荷过载问题，谐振时电源供电容量为Uc*Ic/Q，故Q值取30即可。当刀闸动作时，电感和电容中所儲能量造成刀口燃弧，相当于将电弧电阻加入到主谐振回路中，系统开始向主谐振回路补充能量以满足电弧发光、发热的能量损耗，以维持电弧和主谐振状态。激磁变压器的漏抗将限制向主谐振回路的能量补给。当补给量小于发热和发光的能量消耗时，电弧将自动熄灭。供电系统变成向由激磁变漏抗与主谐振电抗串联回路供电，所供电流大小主要由激磁变漏抗决定。当装置中的刀闸灭弧后，可以设计为0.4kV电源提供的电流为50A，容量为10kVA，此值仅为电容储能的1/6。谐振回路1的电压由高漏抗变压器的输出决定，流过刀闸的谐振电流值由谐振回路上的电压除以电容的容抗值决定。当刀闸分断过程中，刀闸开始产生电弧，当刀口拉开到一定程度后，可能会出现电弧熄灭，此时，高漏抗变压器的漏抗与谐振电感的感抗共同限制供电系统流入的电流。

图3装置电弧发生图5、总结本文采用并联谐振方式研制了一种可采用很小的0.4kV低压功率输入，在一个10kV系统装置上产生一个较大谐振功率的电弧发生装置。当切除这个谐振功率时，电容和电感上所存储的功率全都被用于刀口电弧加温周围空气，使燃弧能维持一段时间。它对于以后提出配电保护柜（室）中如何保护整个柜体不发生因电弧飞溅产生多相短路、进而保护整个柜室的运行安全有实际意义。

参考文献：【1】周泽存、沈其工等编.高电压技术（第三版）.北京：中国电力出版社，2007.2【2】何仰赞、温增银等篇.电力系统分析.武汉：华中科技大学出版社，2002.3【3】杨成德等.调容式智能接地补偿新技术的应用.电工技术，2001.8【4】平绍勋等.接地变压器及其容量计算方法.变压器，2000.4【5】龚坤华.对35kV电弧炉变压器操作过电压的分析.广西电力技术，1994.290