趙新陽 邢文奇 李陽 付二順 王獻(xiàn)才

【摘 要】高壓斷路器對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)的正常運(yùn)行具有重要的安全保障作用，高壓斷路器的容性電流的開合試驗(yàn)作為高壓斷路器的重要試驗(yàn)項(xiàng)目，在試驗(yàn)的過程中，其對(duì)于壓升、輸電回路以及實(shí)驗(yàn)的技術(shù)和配置有著較高的要求。故而，試驗(yàn)方法是否恰當(dāng)對(duì)于整個(gè)高壓斷路器容性電流開合的試驗(yàn)?zāi)芊癯晒哂兄匾囊饬x。本研究基于大容量的容性電流開合試驗(yàn)所需的電源，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和工程建設(shè)的實(shí)際情況，探討了高壓斷路器容性電流開合試驗(yàn)方法。

【關(guān)鍵詞】高壓斷路器；容性電流開合；試驗(yàn)方法

中圖分類號(hào)： TM561 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）28-0049-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.28.020

【Abstract】High-voltage circuit breaker plays an important role in the normal operation of the whole power grid. As an important test item of high-voltage circuit breaker， the opening and closing test of capacitive current of high-voltage circuit breaker has higher requirements for voltage rise， transmission circuit and experimental technology and configuration. Therefore， whether the test method is appropriate or not is of great significance to the success of the test of the capacitive current switching of the whole HV circuit breaker. Based on the power supply for large capacity capacitive current switching test， according to the standard and the actual situation of Engineering construction， this paper discusses the capacitive current switching test method of high voltage circuit breaker.

【Key words】High voltage circuit breakers； Capacitive current switching； Test methods

0 前言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)于能源的需求也大幅度提高，高壓交流斷路器開合容性電流成為電力系統(tǒng)一種常見的運(yùn)行操作。盡管線路充電電流不大，但隨著電線的長(zhǎng)度不斷加長(zhǎng)，切合該電流會(huì)引起嚴(yán)重的過電壓，在停運(yùn)線路上就會(huì)感應(yīng)出較大的感應(yīng)電流，出現(xiàn)電網(wǎng)電能質(zhì)量的高頻暫態(tài)現(xiàn)象。具有容性特征的電流的開合試驗(yàn)極有實(shí)踐價(jià)值。

1 試驗(yàn)簡(jiǎn)介

電網(wǎng)在工作中涉及電容電流的情況有：余弦電容器組和空載輸電線路。其中，容性電流的開合不僅對(duì)于開斷電壓的提升有更為嚴(yán)格的要求，而且在絕緣技術(shù)、電能電場(chǎng)、測(cè)量設(shè)備等方面的要求也與遇到其他電容電流的工況存在的要求有很大的差異。在高壓斷路器的容性電流開合的過程中，斷路器容易在發(fā)生重?fù)舸r(shí)在回路中產(chǎn)生短路電流。所以，在進(jìn)行高壓斷路器的容性電流開合試驗(yàn)的時(shí)候，電壓回路電源需由電流源和升壓變組成的具有相同相位關(guān)系的電源提供。這在一定程度上提高了進(jìn)行高壓斷路器容性電流開合試驗(yàn)的難度，也使得討論該試驗(yàn)的試驗(yàn)方法更具現(xiàn)實(shí)意義。要想討論試驗(yàn)方法，就必須對(duì)容性電流有一定的了解。容性電流則屬于電流相位超前電壓的情況，也就是我們生產(chǎn)生活中使用的用于補(bǔ)償電網(wǎng)功率因數(shù)的異步電機(jī)所產(chǎn)生的電流。隨著輸電電壓的提高，輸電線路的延長(zhǎng)，外加由于制造超、特高壓輸變電設(shè)備的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問題，在開合容性負(fù)載電流時(shí)，電壓和電流在暫態(tài)現(xiàn)象的情況下，受到重?fù)舸┖蟮牡母邏簲嗦菲骺赡軙?huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的過電壓和涌流，對(duì)電網(wǎng)造成威脅。

2 容性電流開合試驗(yàn)的兩種試驗(yàn)方法

在斷口兩側(cè)的直流恢復(fù)電壓引起弧后重?fù)舸r(shí)，重?fù)舸┊a(chǎn)生的過電壓會(huì)損壞開關(guān)本身及其他電力設(shè)備。因此，容性電流開合試驗(yàn)對(duì)于高壓斷路器非常重要。容性電流開合試驗(yàn)主要包括合成試驗(yàn)法和直接試驗(yàn)法兩種。

2.1 合成試驗(yàn)法簡(jiǎn)介

實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行容性電流開合試驗(yàn)通常采用直接試驗(yàn)或者合成試驗(yàn)兩種實(shí)驗(yàn)方法。合成試驗(yàn)法適用于直接試驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)室的短路功率及容性負(fù)荷不相符合的情況。合成試驗(yàn)法將電流和電壓回路的電源實(shí)行串聯(lián)或者并聯(lián)的方式，在試驗(yàn)品的兩端分別施加反極性電壓，并通過電流回路的感性特點(diǎn)加以補(bǔ)償。合成試驗(yàn)法也存在一定的缺陷，這種試驗(yàn)方法較為復(fù)雜，對(duì)于試驗(yàn)人員的控制水平要求較高，而且試驗(yàn)的失敗率較高，僅作為直接試驗(yàn)法的替代方法存在。

2.2 直接試驗(yàn)法簡(jiǎn)介

由于特高壓斷路器容性電流試驗(yàn)所需要的試驗(yàn)電源容量較大，直接試驗(yàn)法在進(jìn)行的過程中容易受到電源容量的限制。研究人員發(fā)現(xiàn)，超（特）高壓斷路器在系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)室中開合容性電流時(shí)，容易出現(xiàn)各種問題。直接試驗(yàn)法的限制條件在于其對(duì)實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)和配備要求較高，所要求達(dá)到的升壓也較高，但其試驗(yàn)的可行性和實(shí)際效用也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于合成試驗(yàn)法。

3 幾種典型容性電流開合合成試驗(yàn)回路的比較

在容性電流開合試驗(yàn)過程中，斷路器往往需要有乃容性電流并恢復(fù)電壓峰值的性能。這對(duì)容性電流的回路也提出了一定的要求。如果從斷路器、旁路斷路器、火花間隙的要素進(jìn)行劃分，可以將典型容性電流開合合成試驗(yàn)回路分為串、并聯(lián)模式回路、電流引入回路、感性電流回路與 LC 振蕩回路等回路。并聯(lián)模式的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便，可靠性高，且這類回路的衰減能夠滿足試驗(yàn)的要求，但它的經(jīng)濟(jì)性較差。電流引入回路是指電壓在工頻電流零點(diǎn)之前接至被試斷路器，并在電流零區(qū)提供電流流經(jīng)受試斷路器的電流的一種合成試驗(yàn)回路，它恢復(fù)電壓交流和直流的衰減非常小，甚至可以忽略。這種回路可以保證有效地考核被試斷路器。LC電路，也稱諧振電路，是包含一個(gè)電感和一個(gè)電容連接在一起的電路?？刂品绞胶?jiǎn)單，缺點(diǎn)是恢復(fù)電壓的過程較長(zhǎng)。串聯(lián)回路的缺點(diǎn)是可靠性低，僅適用于普通負(fù)荷，其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便，投資少，符合實(shí)際工況，恢復(fù)電壓的衰減滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。通過幾種典型容性電流開合合成試驗(yàn)回路的比較我們不難發(fā)現(xiàn)，與電流開斷有關(guān)的破壞性放電，不會(huì)導(dǎo)致工頻電流的恢復(fù)，或者在容性電流開斷的情況下不會(huì)導(dǎo)致主負(fù)載回路中產(chǎn)生電流。我們應(yīng)針對(duì)特高壓產(chǎn)品的試驗(yàn)情況，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備靈活實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)回路需求，豐富試驗(yàn)設(shè)備、開發(fā)新型的試驗(yàn)回路。建議增加附加試驗(yàn)來考核斷路器在整個(gè)恢復(fù)電壓持續(xù)階段的性能。

4 一種新型特高壓斷路器容性電流開合試驗(yàn)回路

4.1 試驗(yàn)原理及回路參數(shù)

交流特高壓設(shè)備容量試驗(yàn)與常規(guī)試驗(yàn)相比較，不僅開斷電壓更高、短路電流更大，同時(shí)在絕緣水平、電弧能量、電場(chǎng)分布、測(cè)量需求等方面也存在很大差異。根據(jù)各研究院開展特高壓容量試驗(yàn)的情況我們可以看到，被試特高壓設(shè)備、試驗(yàn)依據(jù)及所實(shí)施的容量試驗(yàn)項(xiàng)目，在超（特）高壓斷路器開合容性電流時(shí)，可能在恢復(fù)電壓持續(xù)多個(gè)半波之后發(fā)生重?fù)舸?。?jù)此，本研究所提出的新型特高壓斷路器容性電流開合試驗(yàn)回路的試驗(yàn)原理則不同于以往的試驗(yàn)情況。試驗(yàn)開始之前，輔助斷路器和試品斷路器始終處于閉合狀態(tài)，短路電流流過試品斷路器。當(dāng)短路電流下降至0前時(shí)，間隙電源觸發(fā)，流過試品斷路器的電流是主電流和引入電流之和。在短路電流達(dá)到自然的電流零點(diǎn)時(shí)，短路電流斷開，引入電流繼續(xù)流過輔助斷路器和試品斷路器。在電流零點(diǎn)時(shí)，輔助斷路器和試品斷路器切除，電流仍舊導(dǎo)通。主電容原件在通過間隙電流時(shí)構(gòu)成振蕩回路。當(dāng)其達(dá)到峰值時(shí)，間隙電流觸發(fā)，振蕩電流流過分支，在達(dá)到零點(diǎn)時(shí)間隙電流截止，電容上的剩余電壓和振蕩電壓之和形成了第二階段即將發(fā)生的TRV。電流引入的兩段恢復(fù)電壓組成作用于試品斷路器兩端的四參數(shù)恢復(fù)電壓。本試驗(yàn)的的回路參數(shù)則是根據(jù)開斷電弧特性的麥依爾方程，建立起的參數(shù)化的PSCAD電弧電阻模式。其發(fā)電機(jī)輸出的電壓為15kV，容量6300MV·A；而電流源變壓器變比為14kV/21kV，容量為300MV·A。

4.2 開斷過程仿真計(jì)算

容性電流分閘操作的仿真結(jié)果，電流源變壓器高壓端輸出電壓為18kV，試品開斷電流為1900A，試品恢復(fù)電壓為800kV，電壓源變壓器輸出電壓為420kV。

4.3 優(yōu)缺點(diǎn)比較

優(yōu)點(diǎn)在于其恢復(fù)電壓加在試品兩端，試品開斷后的電壓負(fù)荷與實(shí)際工況等價(jià)；而其缺點(diǎn)則是試品兩端的恢復(fù)電壓為直流加交流，不是實(shí)際的試品一端加直流，一端加交流。

5 結(jié)語

目前超（特）高壓斷路器已經(jīng)在國(guó)內(nèi)大量應(yīng)用，針對(duì)特高壓產(chǎn)品的試驗(yàn)和對(duì)UHV輸電系統(tǒng)進(jìn)行充分的理論分析來看，從較低電壓等級(jí)斷路器發(fā)展而來的標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法在一些情況下已經(jīng)不太適合實(shí)踐發(fā)展的需求，開發(fā)適用于特高壓產(chǎn)品的試驗(yàn)回路，改進(jìn)并升級(jí)測(cè)試系統(tǒng)，勢(shì)在必行。而經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行多臺(tái)高壓、超（特）高壓斷路器容性電流開合試驗(yàn)的試驗(yàn)驗(yàn)證，目前的高壓斷路器容性電流開合試驗(yàn)獲得了一定的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。

【參考文獻(xiàn)】

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