高压断路器

随着家用及类似场所用过电流保护断路器应用范围不断扩大,对此类断路器的性能要求也越来越严格，GB10963.1-2005《电气附件 家用及类似场所用过电流保护断路器 第1部分：用于交流的断路器》标准的要求，对家用及类似场所用过电流保护断路器产品的耐热性、耐异常发热和耐燃、温升试验及功耗测量、脱扣特性、运行短路能力等检验项目提出了较为严格的要求；每一年国家市场监督管理总局对家用及类似场所用过电流保护断路器产品质量国家监督抽查结果总会有很多企业的产品是不符合标准的规定。Delta德尔塔仪器针对GB10963.1-2005标准中28天（昼夜）试验专门设计研发了相应的28昼夜试验装置,通过实际试验验证断路器长期工作的可靠性。 2020年底，Delta德尔塔仪器接到天津电气科学研究院有限公司(原天津电气传动设计研究所)委托非标定制一款“断路器28昼夜及温升特性试验装置”，天津电传所老师对设备提出的要求如下，设备定制生产周期要求两个月内完成。本项目设备已经于2021年3月份顺利验收结束。 （Delta德尔塔仪器交付天津电传所&28昼夜及温升特性试验台） 1、设备概述： 1.1、总说明 本“采购技术要求”所要求采购的 28 周期试验装置用于“天津电气科学研究院有限公司低压元器件直流短路、交直流寿试验能力提升项目”。该设备以满足相关工程的试验能力为准，设备供应商为此可以进行必要的优化与性能提升，故最终技术数据以最终实际协商一致的数据为准。1.2 、供货范围： 本“采购技术要求”所要求的供货及服务范围包括：28周期试验装置的设计和制造与检验、运输、现场安装以及其他必要的售后服务和培训等。1.3、运行条件：海拔高度：≤1000m；环境温度：－10℃～＋45℃；z大日温差：≤25℃；日相对湿度平均值：≤95%；安装地点：户内；一般情况下仅有非导电性污染，必须考虑到凝露和潮湿引起的绝缘下降。2、性能要求：2.1、功能用途 依据国家标准GB10963.1中9.9款，对MCB进行28 天试验、断路器1.13~1.45倍延时脱扣试验，也适用于GB16916.1第9.22.1.5中1.25倍脱扣电流试验。兼顾产品做200A 以下的温升试验，环境温度、湿度本设备不包含。 2.2、技术标准： 本项目设备的设计、制造、试验等遵循以下标准，但不限于此，且下列相应标准号的标准在合同签订时有更新版本发布时，应满足该更新标准要求。（1）GB10963.1-2005 电气附件 家用及类似场所用过电流断路器 第 yi 部分：用于交流的断路器；（2）GB 10963.2-2008 家用及类似场所用过电流保护断路器第 2 部分:用于交流和直流的断路器；（3）GB16917.1-2014 家用和类似用途的带过电流保护的剩余电流动作断路器(RCBO)第 1 部分:一般规则；（4）GB14048.2-2008 低压开关设备和控制设备 第 2 部分:断路器。 3 、主要设备（部件）技术要求： 3.1 、电源构成： 本装置为三相电源，也可以作为 3 个单相回路进行检测。 3.2、关于输出电压的要求： 标准要求：电路的开路电压至少为 30V，分辨率不低于 0.1V。电源具备电容补偿， 以减少对实验室电源的容量要求。测试电流：0～200A 可长期连续工作，分辨率 0.1A。电流波形：正弦波。3.3、其他要求： 装置应配备稳流功能，配备 9 个工位的续流功能（即可同时进行 9 只 3 相试品的串联试验）。续流要求时间在 1～2s 内实现，并能防止续流后瞬间的电流过冲。装置应具备触摸屏或液晶显示器等元件用于电流显示和设定。标准规定在z后一个周期后需要将电流升到 1.45In，因此要求能够实现至少 2 段电流和时间设定，用于实现断路器特性检测 2 种电流的转换功能。2 个电流转换之间的时间应保证“5s 内稳定的从第yi个电流稳定的升到第二个电流”。3.4 、温升测量记录测试通道：54 通道；设备能带电测量：测量范围：0-200℃；温度传感器：镍铬—镍硅热电偶测量精度：0.2 级；温度曲线显示：具有温度数值以及曲线显示记录；系统应带记录温升的功能，在z后一个流过电流期间，应测量接线端子的温升。 3.5、安全配置：漏电保护，短路保护，过流保护，运行指示，试验结束指示，故障报警自动停机。 3.6 、其他要求 具有基于 Modbus RTU 或 Modbus TCP 通讯协议，可组成计算机控制的智能型设备。 4、安装与调试 在设备安装完毕后，需要根据相关设计文件和订货设备的技术资料，进行调试工作。调试前需确认技术资料完整、有效，与系统及设备实物状况一致，对备进行检查以及完好性和功能验证，也包括参数整定等。 天津电气科学研究院有限公司（原天津电气传动设计研究所）是原国家机械工业部直属研究所，现为中国机械工业集团有限公司所属科技型企业，主要从事电气传动自动化系统工程、中小型水力发电设备成套、低压电控配电装置和新能源电控设备的科研开发、生产制造和检测认证。自1954年8月成立以来，荣获了150余项省部级以上科技奖励，取得了近千项科技成果，承接了万余项国内外工程项目，见证了国家冶金、矿山、交通、国防、电力、石化等国民经济支柱行业的技术进步和产业发展。天津电传所是国家ji"国家电控配电设备产品质量监督检测中心"和部属 "中小型水力发电设备产品质量监督检测中心"的挂靠单位，所拥有的先进检测手段多年来承担着行业产品的试验、检验和认证任务，特别是低压配电产品强制性安全（3C）认证工作。依托于该所的"电气传动国家工程研究中心"拥有电气传动及自动化工程化系统和产业化产品的各类实验室，为国家电气传动工程化研究开发与工程化验证能力以及产业化开发提供了优越的科研条件，大大提高了国家电气传动及自动化行业的技术水平和装备水平。 Delta德尔塔仪器专业致力于为3C低压电器企业提供符合IEC 60898-1:2015+A1:2019 电气附件.家用和类似设施用的过电流保护断路器.第yi部分:交流操作断路器 《Electrical accessories - Circuit-breakers for overcurrent protection for household and similar installations - Part 1: Circuit-breakers for a.c. operation》、GB14048.1-2012《低压开关设备和控制设备 第yi部分：总则》、GB14048.2-2008《低压开关设备和控制设备 第yi部分：断路器》、GB10963.1-2005《电气附件-家用及类似场所用过电流保护 断路器 第yi部分：用于交流的断路器》、GB 10963.2-2008 《家用及类似场所用过电流保护断路器第 2 部分:用于交流和直流的断路器》、GB 16917.1-2014 《家用和类似用途的带过电流保护的剩余电流动作断路器（RCBO）第yi部分 一般规则》、IEC60947-1:2011《Low-votage switchgear and controlgear Part1:General rules》、IEC60947-2:2006《Low-votage switchgear and controlgear Part1:Circuit breakers》等标准的检测设备。 Delta德尔塔仪器为3C低压电器实验室提供以下项目的专业检测设备：低压断路器——检验项目及设备低压开关、隔离器、隔离开关及熔断器组合电器 ——检验项目及设备一般工作特性额定运行短路分断能力额定极限短路分断能力额定短时耐受电流带熔断器的断路器的性能综合试验耐湿热性能试验附录B剩余电流保护断路器附加试验附录C用于相地系统中的断路器附加试验附录F电子过电流保护断路器附加试验附录H用于IT系统中的断路器附加试验温升介电性能泄漏电流额定接通和分断能力操动器机构的强度操作性能额定短时耐受电流额定短路接通能力熔断器保护的短路耐受能力熔断器保护的短路接通能力耐湿热性能抗非正常热和着火危险过载试验接线端子机械性能电磁兼容(EMC)(如适用)低压机电式接触器和电动机起动器——检验项目及设备机电式控制电路电器——检验项目及设备耐湿性能耐非正常热和着火危险温升动作条件及动作范围介电性能额定接通和分断能力外壳防护等级(如适用)接线端子的机械性能接触器耐受过载电流能力约定操作性能短路条件下的性能电磁兼容(EMC)(如适用)辅助触头的通断能力和额定限制短路电流(如适用)保护功能报警功能控制功能(验证面板控制功能)热记忆功能故障记忆功能(验证面板显示)一般工作特性额定运行短路分断能力额定极限短路分断能力额定短时耐受电流带熔断器的断路器的性能综合试验耐湿热性能试验附录B剩余电流保护断路器附加试验附录C用于相地系统中的断路器附加试验附录F电子过电流保护断路器附加试验附录H用于IT系统中的断路器附加试验交流半导体电动机控制器和起动器——检验项目及设备控制和保护开关电器(设备)——检验项目及设备介电性能温升极限操作性能动作和动作范围混合式电器中串联的机械开关电器的接通和分断能力及约定操作性能短路条件下的性能接线端子的机械性能带外壳的控制器和起动器防护等级EMC的试验耐湿性能动作范围温升介电性能操作性能短路条件下的性能接通和分断能力电磁兼容性耐湿性能抗非正常热和着火危险外壳防护等级接近开关——检验项目及设备自动转换开关电器——检验项目及设备标志温升介电性能正常条件和非正常条件下开关元件的接通和分断能力限制短路电流性能结构要求防护等级动作距离操作频率电磁兼容性冲击耐受能力振动耐受能力耐湿性能抗非正常热和着火危险附录BII级封装绝缘的接近开关的附加试验具有整体连接电缆的接近开关的附加试验结构要求操作操作控制、程序及范围温升介电性能接通和分断能力操作性能能力短路接通能力短路分断能力短时耐受电流限制短路电流EMC耐湿性能抗非正常热和着火危险外壳防护等级设备用断路器 ——检验项目及设备家用及类似用途机电式接触器 ——检验项目及设备标志检查一般规则检查、机构检查电气间隙和爬电距离标志耐久性螺钉、载流部件及其连接的可靠性，连接外部导体的接线端子的可靠性防触电保护耐热耐异常发热和耐燃防锈介电性能温升28昼夜试验耐漏电起痕脱扣特性额定电流下的性能额定通断能力下的性能在规定的过电流条件下的性能限制短路电流能力温升试验动作与动作范围额定接通和分断能力介电性能约定操作性能耐湿性能过载电流耐受能力抗锈性能标志耐久性耐撞击性能检验电气间隙和爬电距离接线端子的机械性能安装、维修用螺钉和螺母性能验证耐热性能抗非正常热和着火危险试验耐漏电起痕耐老化性能外壳防护等级短路条件下的性能

水能是自然界的再生性能源，随着水文循环周而复始，重复再生。水力发电在水能转化为电能的过程中不发生化学变化，不排泄有害物质，对环境影响较小，因此水力发电是一种清洁能源。未来，它将不断生产供人们使用廉价又无污染的电力。“一分预防，胜过十分治疗”水电系统中设备的维护更是如此发电、输电、用电过程中设备完好是稳定运行的保障今天小菲就来给大家说下水电系统的预防性维护毕竟“未雨绸缪”总好过“亡羊补牢”FLIR OGI热像仪：SF6的泄漏六氟化硫 (SF₆ )是化学中非常稳定的气体，具有良好的绝缘性能和消弧性能，因此广泛应用于电力行业。如断路器、高压开关、高压变压器、气封组合容器、高压输电线路、变压器等。到目前为止，几乎所有的高压断路器都用SF6代替了绝缘油和空气介质。但它又是具有强烈温室效应的气体，频繁泄漏不仅对大气造成污染，还会增加电力行业的成本！水力发电系统中，六氟化硫的分布也很广泛，您可以选择FLIR G306六氟化硫 (SF₆ ) 和其他工业气体检测专用光学气体成像热像仪，选择使用便携、非接触式检测的G306，您可以安全有效地扫描水电系统中的断路器、高压开关、高压变压器等，及时准确查明六氟化硫的泄漏位置，直达泄漏源，并且不会干扰电力输送！当您选择高热灵敏度模式（HSM），即使极少量泄漏也能明确检测。G306将SF₆ 可能导致的事故扼杀在了萌芽中，避免了重大事故的发生！FLIR监控用热像仪：保障机械安全水力发电涉及大坝、水轮机和发电机等多个组件，这些设备的安全运行与温度密切相关。例如，在水轮机中，高温可能导致机械零件的热膨胀，而低温可能导致润滑油的黏度增加，影响运行效率。因此，温度监测有助于确保水利设备的可靠性和寿命。发电机组在适宜温度环境下，不仅机械损耗更小，还能提升发电总量。在必要情况下，甚至需要对发电机组进行降温或加热。FLIR监控用热像仪可对水电系统中的关键设备，进行7*24的实时监控，当检测到异常温度点时，立即发出警报，提醒监测人员采取措施，避免设备的停机风险！比如FLIR A50/A70智能传感器热像仪非常适合需要警报功能的水电系统中机械设备的监测，它还能帮助用户设备进行早期火灾探测。A50/A70热像仪搭载Wi-Fi模块、集成可见光镜头和ONVIF S视频编码的兼容选项，是一款灵活可配置的解决方案，可以满足水电系统中独特监测需求。A50/A70机身小巧，具有M8/12接头，可轻松安装于任何位置，它还配备了FLIR MSX® (专利号：201380073584.9）图像增强功能，提供高达640 × 480（307,200像素）分辨率，可轻松识别目标，帮助工作人员精准定位问题点。水力发电系统中，FLIR热像仪非常实用，它对温度的检测与监测能贯穿发电到用电的整个流程

——华北电力大学功率器件可靠性团队 邓二平 博士 “张北一场风，从春刮到冬，张北的风，点亮北京的灯”，讲述的是我国 2020 年投运的张北柔直工程为2022年北京冬奥会实现世界首次100%清洁能源输送，为北京冬奥会的顺利召开提供可靠绿色能源。张北柔直工程是当时世界上电压等级最高(±500kV)、输送容量最大(9000MW)的清洁能源低碳发展的重大工程，也是服务绿色冬奥的“涉奥六大工程”之一。柔直换流阀(3000MW)和直流断路器(±500kV)是张北柔直工程获得的国际首创的核心技术和关键设备，而4500V3000A压接型IGBT器件作为核心中的核“芯”成为整个工程关键。IGBT器件是所有电能转换和控制保护的核心元件，其运行可靠性，尤其是长期运行可靠性和状态评估关系着整个工程的可靠性和冬奥会的用电安全。张北柔直工程用 4500V3000A 压接型 IGBT 器件是当时乃至现在世界上功率最大的器件，还缺少实际工程应用经验和长期可靠性的评估和验证。国内在大功率的可靠性测试设备和测试技术领域更是空白，需要重点突破以下几个方面：1）压接型 IGBT 器件特殊参数的实时在线监测和分析，压接型 IGBT 器件属于新型封装，存在所有前所未有的技术难题；2）测试效率和测试精度，对于柔直工程用器件，可靠性和精度要求高，测试数量要求多，如果测试效率不能提高(如国外设备单次只能1只器件)，将大大增加测试评估时间成本和设备成本；3）设备大容量和高可靠性，可靠性测试设备第一关键要满足参数和功能测试需求，如 3000A 以上的测试能力，第二关键是设备自身的强可靠性。华北电力大学功率器件可靠性团队在国家级人才黄永章教授的带领下，2013 年开始从事国产高压大功率压接型 IGBT 器件的封装研究，为器件的国产化奠定了一定的理论基础。为实现对国产压接型 IGBT 器件的可靠性评估和填补空白，2016 年初开始与国际半导体专家德国开姆尼茨工业大学 Josef Lutz 教授团队合作进行功率器件的可靠性研究，特别是压接型 IGBT 器件功率循环测试方法、测试技术和测试装备的研制。2017年底，邓二平博士带领团队研究生在新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)建设了国内高校首家高压大功率器件可靠性实验室，包括直接服务于张北工程用 4500V3000A 压接型 IGBT 器件的 90kW3000A 功率循环测试装备、10 kV/200ºC高温反偏和 200 V/180 ºC高温栅偏测试装备等，填补了国内空白。下图1为 90kW 3000A 功率循环测试装备，是当时世界上功率最大、测试效率最高、功能最全的功率循环测试装备。(a) 装备总览(b) 压接型IGBT器件测试夹具图1 华北电力大学功率器件可靠性团队研制的90kW3000A功率循环测试装备结合张北柔直工程的测试需求，此装备的核心创新点包括：1）在传统单条测试支路的基础上，增加了多条测试支路和辅助支路，提高了测试装备的测量精度和测试效率。通过辅助支路的调节，可同时完成不同测试条件的实验，比如通过辅助支路分指定测试支路分流等；2）可同时或分别测试焊接式 IGBT 模块和压接型IGBT器件，最大测试通道为12个，而且每个通道的测试能力均为 3000A，极大的提高了整体测试效率；3）功率循环周期为秒级，极限测试能力可达到 300ms/周期，可根据特定工况进行指定条件下的功率循环条件考核，为柔直工程奠定基础；4）设置了四个关键测量时序，实时监测待测器件的通态压降、结温和热阻等关键老化参数，可自动进行失效模式的分析；5）独特的水路设计，外循环水-内循环水-散热器-被测器件的协同优化设计，可实现内水 15ºC~80ºC 任意调节，且每个被测器件的流速和温度可独立调节，大大提高测试能力的多样性和散热效率。本团队研制的功率循环测试装备为张北工程用 4500V3000A 压接型 IGBT 器件提供了系列可靠性测试，尤其是功率循环和热阻测试，为器件可靠性评估提供了设备和方法基础。功率循环测试和热阻测试主要为换流阀用压接型IGBT器件的设计和可靠性评估提供依据；热阻测试则为直流断路器件用压接型IGBT器件的设计奠定实则数据基础。比如，同时对ABB、TOSHIBA和中车的器件进行对比测试，通过辅助支路的调节可实现不同厂家不同器件特性的器件在同一温度条件下同步测试，大大提高了测试效率和公正性，下图2为测试电路图。此测试装备还可通过转接头同步实现焊接式IGBT模块的功率循环高效率测试。(a) 测试电路示意图，3条测试支路+1条辅助支路实现功能多样化(b) 压接型IGBT器件测试夹具图2 不同厂家4500V3000A压接型IGBT器件功率循环测试为了进一步提升此功率循环测试装备的测试水平和测试能力，2021年团队在原有技术的基础上对整个回路进行更为精细化的设计，设备信噪比再次提升 10dB 以上。同时，还集成了团队具有独创性的世界首个多芯片结温分布测量系统，可以在功率循环过程中对每颗芯片的状态进行实时监测，如下图3所示。这些新技术和测试回路的升级，为未来更多的柔直工程用压接型IGBT器件提供先进的测试和分析，如半导体行业巨头企业德国Infineon，日本TOSHIBA和南瑞联研半导体有限公司等的 4500V3000A 压接型 IGBT 器件的结温分布和可靠性评估分析。这些压接型 IGBT 器件将进一步应用到我国更先进的柔直工程中。(a) 升级后第二代90kW3000A功率循环测试装备 (b) 压接型IGBT器件结温分布测试，世界首次图3 升级后的90kW3000A功率循环测试装备，结温测量精度达±0.1ºC冬奥会作为一项世界瞩目的体育盛事，体现的是一个主办国方方面面的实力和科技水平，离不开所有科研人员的辛勤付出，也正是这样的机会，能进一步推动和促进我国科技水平的提升。华北电力大学功率器件可靠性团队科研人员很荣幸能参与其中一项细小的工作，并提供相应的测试技术，为我国柔直工程的发展和国家科技进步贡献自己微薄的力量。团队在此技术的基础上，结合我国能源行业发展的需求，进一步研制了系列功率循环测试装备(100A, 250A, 500A, 750A, 1000A, 1500A, 2000A, 3000A)，如下图4所示，相应的测试技术广泛服务于我国的电网、高铁、电动汽车和工业应用各领域，如中国铁科院、株洲中车时代半导体等公司。 图4 团队产业化后的标准功率循环测试装备，1500A+6个测试通道服务于冬奥会所建设的张北柔直工程使得我国柔性直流输电技术得到了进一步大力发展和成熟，国内拟建设更多的柔直工程，并提出了4500V5000A压接型IGBT器件的需求。国外半导体企业Infineon、ABB和Toshiba均相继推出了4500V5000A器件，以望抢占中国市场。可喜的是，株洲中车时代半导体有限公司也推出了具有我国自主知识产权的4500V5000A压接型IGBT器件，而此前的 4500V3000A 压接型 IGBT 器件也己成功应用到我国柔直工程。南瑞联研半导体有限公司作为后起之秀也即将推出同等级的器件，以期打破国外的市场垄断和技术封锁。而国内并没有能满足其可靠性评估的功率循环测试装备，华北电力大学器件可靠性团队2022年也筹划研制6个测试通道的120kW6000A功率循环测试装备，以期填补国内空白和提供行业亟需的测试技术，下图5为初步设计的 6000A 功率循环测试装备结构示意图。 图5 团队初步设计的6000A功率循环测试装备，4500V5000A压接型IGBT器件专用