550kV斷路器合閘電阻熱容量的研究
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鄭曉敏
額定電壓363kV及以上線路合空載長(zhǎng)線時(shí)，尤其是在電源電壓幅值與線路殘壓反相時(shí)合閘，由于系統(tǒng)參數(shù)突變，會(huì)導(dǎo)致線路中LC上電磁能量的振蕩，從而產(chǎn)生較大的合閘過電壓。限制合閘過電壓的方法有設(shè)置避雷器和合閘電阻。
目前，用避雷器來限制斷路器合閘過電壓的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)比較豐富，一般國(guó)內(nèi)363kV以上的線路中，較長(zhǎng)線路一般在中點(diǎn)設(shè)置，300km左右的中短距離550kV電站也有設(shè)置，其線路較長(zhǎng)時(shí)一般在中點(diǎn)懸掛處理。但目前實(shí)際變電站工程中應(yīng)用較多的一種方法是：斷路器中設(shè)置合閘電阻來限制其合閘操作過電壓，利用合閘電阻將電網(wǎng)中的部分電能吸收轉(zhuǎn)化為熱能，以達(dá)到削弱電磁振蕩、限制過電壓的目的。特高壓電網(wǎng)的建設(shè)過程中，限制合閘過電壓尤為重要，但目前還沒有更好辦法來替代合閘電阻的使用，故合閘電阻的選擇、使用、試驗(yàn)是高壓斷路器的要點(diǎn)。本文針對(duì)合閘電阻的通流影響、試驗(yàn)方法等進(jìn)行分析，為550kV斷路器合閘電阻的選擇及使用提供一些參考。
1合閘電阻通流容量的影響因素
根據(jù)焦耳定律，合閘電阻在斷路器一次合閘操作過程中產(chǎn)生的熱量E如式(1)所示。
按照式(l)，R為合閘電阻阻值，每次合閘操作時(shí)電阻的接入時(shí)間和兩端電壓都是影響合閘電阻在線路操作時(shí)獲得熱量的直接因素。而在實(shí)際合閘電阻投入使用時(shí)，開關(guān)的操作特性及其所在輸電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)是電阻接人時(shí)間和兩端電壓的直接影響因素。
影響合閘電阻熱量產(chǎn)生的開關(guān)特性參數(shù)主要包括：三相不同期、同相斷口不同期和預(yù)擊穿，這幾種因素同時(shí)存在且相互影響。相間合閘不同期，后合相的合閘電阻兩端電壓由于相間耦合作用會(huì)比先合相的大；同極間斷口不同期，先投入合閘電阻斷口的通流在后合的斷口投入后才有效，而對(duì)于電阻短接則是先短接斷口使該相呈現(xiàn)二分之一阻值的過渡；預(yù)擊穿現(xiàn)象使斷路器主觸頭、電阻觸頭的機(jī)械接通和電接通時(shí)間存在毫秒級(jí)差異，最終使三相不同期及合閘電阻接人時(shí)間增加，使同極不同期減小，綜合起來降低了合閘電阻產(chǎn)生的熱量。
2合閘電阻熱容量試驗(yàn)方式
2.1 對(duì)于合閘電阻熱容量試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)一般要求如下：
2.1.1合閘電阻熱容量至少應(yīng)滿足在2倍額定相電壓下進(jìn)行兩次合閘試驗(yàn)，時(shí)間間隔為30min．
2.1.2如合、分閘共用一個(gè)電阻，熱容量原則上也應(yīng)滿足2倍額定電壓下C0-30min-CO操作順序的要求，但考慮產(chǎn)品現(xiàn)狀，暫行標(biāo)準(zhǔn)為在I.I倍額定相電壓下分閘， 0.3s后在2倍相電壓下進(jìn)行合分試驗(yàn)。
2.1.3合閘電阻的接入時(shí)間不小于llms，分閘電阻的接入時(shí)間不小于30ms，還要考慮斷口預(yù)擊穿造成的影響。
2.1.4合閘、分閘電阻在熱容量試驗(yàn)前后，常溫狀態(tài)的電阻值變化應(yīng)不大于+5%。
2.1.5如合閘、分閘用兩個(gè)電阻，則電阻熱容量應(yīng)分別試驗(yàn)。
2.2 550kV斷路器中僅設(shè)計(jì)有合閘電阻，阻值約400Ω，合閘電阻提前投入時(shí)間8-llms。
按照標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)參數(shù)及試驗(yàn)方法如下：
3合閘電阻熱容量試驗(yàn)實(shí)例
3.1標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法
以現(xiàn)有產(chǎn)品為例，550kV斷路器中合閘電阻值：450Ω，無分閘電阻，斷路器滅弧室為單斷口結(jié)構(gòu)，合閘電阻設(shè)置于滅弧室中。斷路器合閘動(dòng)作時(shí)，合閘電阻提前于斷路器主觸頭合閘，提前投入時(shí)間為llms，按照上述標(biāo)準(zhǔn)法確定了以下參數(shù)：
3.2替代的試驗(yàn)方法
由于試驗(yàn)站試驗(yàn)條件限制，無法施加全電壓進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“如受試驗(yàn)站能力限制，熱容量可在全電壓通過l／5-1/10全電流（5-10倍額定電阻值）試驗(yàn)，也可在1/3-1/6全電壓下（1/3 -1/6額定電阻值）試驗(yàn)。通過全電流試驗(yàn)，如果是1/2極電阻試驗(yàn)，還應(yīng)考慮斷口電壓分布的不均勻系數(shù)。”
按此要求，將采用降電壓、減電阻的方法進(jìn)行試驗(yàn)，替代的實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下；
試驗(yàn)電阻選取了全電阻的1/5，試晶體積小，考慮試驗(yàn)的方便性，試品電阻不再裝入斷路器內(nèi)部，隨斷路器進(jìn)行。本次采用一段常規(guī)GIS母線，其內(nèi)部裝入試品電阻，外接絕緣試驗(yàn)套管，從而實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)電壓、電流的引入。
3.3樣機(jī)試驗(yàn)姿態(tài)及回路圖
如圖1所示，合閘電阻熱容量試驗(yàn)姿態(tài)，試驗(yàn)用合閘電阻安裝于母線殼體內(nèi)，用鋁導(dǎo)體將其緊固、連接；左側(cè)裝入高壓套管，通過套管施加電壓、電流，實(shí)現(xiàn)電阻熱容
量試驗(yàn)。
按圖2所示，試驗(yàn)回路充電，輔助開關(guān)FKI合閘，電流流入被試電阻，通流llms后輔助開關(guān)FK2合閘，將被試電阻短接掉，之后由輔助開關(guān)FKI分閘，斷開回路。被試電阻完成了第一次llms的熱容量考核。試品靜置30min，重復(fù)卜述試驗(yàn)，進(jìn)行第二次電阻熱容量考核。
試驗(yàn)后試品靜置16h，實(shí)測(cè)阻值：91.2Ω，與試驗(yàn)前電阻值差≤5%，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
4結(jié)語
斷路器是GIS的核心元件，GIS對(duì)線路的分、合閘操作是通過斷路器的分合動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)的。斷路器不僅擔(dān)負(fù)著輸配電線路正常電流的承載、開斷和關(guān)合，也承擔(dān)著輸配電線路在規(guī)定時(shí)間內(nèi)短路電流的承載、開斷和關(guān)合。擔(dān)負(fù)著電力系統(tǒng)的控制和保護(hù)的任務(wù)。合閘電阻多數(shù)安裝于斷路器的滅弧室內(nèi)，隨著斷路器的分、合閘來試驗(yàn)分、合動(dòng)作，所以其質(zhì)量可靠性與滅弧室同等重要。驗(yàn)證可靠性的最有效辦法為型式試驗(yàn)，通過上述的試驗(yàn)替代法，完全可模擬出符合實(shí)際工況要求的試驗(yàn)線路進(jìn)行型式試驗(yàn)，而且試品安裝、調(diào)試簡(jiǎn)單，試驗(yàn)結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
