關于特高壓斷路器的瞬態(tài)恢復電壓研究

1、第31卷第1期電網(wǎng)技術1在特高壓電網(wǎng)中，斷路器是非常重要也是制造難度最大的設備之一山嘰如何確定其瞬態(tài)特性無論從制造方面還是特高壓系統(tǒng)的安全可靠運行方面都是非常重要的。斷路器的瞬態(tài)特性主要包括2個方面：①斷路器開斷之后的瞬態(tài)恢復電壓(transientrecoveryvoltageTRV)主要包括斷路器斷路器開斷短路電流之后的瞬態(tài)恢復電壓及系統(tǒng)失步解列之后的恢復電壓；②斷路器開斷短路電流過程中的直流分量時間常數(shù)及短路電流過零點漂移問漂移問

2、題。這2個問題均對特高壓斷路器的試驗條件和制造有重大影響。本文討論特高壓斷路器開斷短路電流及失步情況下的瞬態(tài)恢復電壓問題。一些國內外專家認為特高壓斷路器的TRV問題比較嚴重⑼，只有使用分閘電阻才能將其限制在IEC斷路器標準擴展范圍內。但分閘電阻要求的熱容量大、造價高，本文還研討了不使用分閘電阻限制TRV的可行性.1斷路器瞬態(tài)恢復電壓分析中的若干問題回顧1.1斷路器瞬態(tài)恢復電壓的影響因素及計算方法斷路器瞬態(tài)恢復電壓的影響因素及計算方法評估

3、評估在斷路器滅弧后，首先出現(xiàn)在弧隙的具有瞬態(tài)特性的電壓稱為瞬態(tài)恢復電壓⑴】。對于TRV主要考核考核2個指標：指標：一個是上升率，另一個是峰值。峰值。目前國內外主要采用電磁暫態(tài)磁暫態(tài)類軟件〔⑵計算計算TRV這類軟件的優(yōu)點是它有較強的電力系統(tǒng)各主要元件的模擬能力。但在模擬TRV方面存在以下不足：(1)由于斷路器端部故障(breakertenninalfaultBTF)時TRV的頻率相當高，約幾千赫茲。在這樣高的頻率下，損耗也會有所增加，但數(shù)

4、字仿真中尚無法全面考慮高頻下各元件的損耗。(2)在BTF工況下TRV的上升率受雜散參數(shù)影響很大，其中母線電容、變壓器入口電容及高中壓繞組之間電容和特高壓系統(tǒng)及500kV系統(tǒng)側的參數(shù)影響比較明顯。雜散參數(shù)有些可以估算，而另一些參數(shù)往往忽略不計。這也會使計算出的TRV上升率偏高。(3)在電磁暫態(tài)類軟件模擬中，均將斷路器模擬成理想開關，即認為燃弧過程中的弧道電阻為零，在過零熄弧后電阻立即從零變?yōu)闊o窮大。這與斷路器的實際滅弧過程有較大差別，可能

5、使TRV計算結果偏高。有人曾提出考慮斷路器內部電與熱過程的斷路器模型〔⑵，但由于參數(shù)獲取上有一定困難，較難使用。上述3個因素使計算出的TRV的峰值和上升率偏高，將這些結果與IEC62271100(1()標準比較時，其結果是偏安全的。此外，IEC斷路器標準也是個試驗標準，經(jīng)過多年實踐，IEC發(fā)現(xiàn)TRV標準偏高，已多次降低其對TRV峰值及上升率的要求。1.2IEC斷路器標準中瞬態(tài)恢復電壓的變化情況1EC斷路器標準中TRV部分從20世紀60年

6、代開始經(jīng)歷2次變化，其對應的包絡線如圖1所示。(b)1989年后TRV包絡線(4參數(shù))(c)2001年后TRV包絡線(4參數(shù))圖】】EC斷路器標準中瞬態(tài)恢復電壓波形包絡線Fig.1TheenvelopecurveoftransientrecoveryvoltageintheIECcircuitbreakerstard(1)20世紀60年代TRV波形包絡線(2參數(shù))。如圖1(a)所示，包絡線峰值址為%=%花從近I品式中：如、匕f分別為首開

7、極系數(shù)和振幅系數(shù)M叫U為額定電壓。包絡線的上升率為如血，其中『2為上升到々所對應的時刻。(2)1989年后TRV波形包絡線(4參數(shù))。如圖1(b)所示，波形中第一參考電壓為嶼=kppUrV23，上升率與圖1(a)中址〃2相同，但『32。(3)2001年后TRV波形包絡線(4參數(shù))。如圖1(c)所示，與1989年相比，2001年IEC斷路器標準(⑼中第一參考電壓下降了25%=0.75p匕血巧。其上升率血〃|仍與圖1(b)起始部分相同。(4

8、)IEC斷路器標準幾次修改的比較。1)2次修改中，雖然上升率保持不變，但第一參考電壓血愈降愈低了，考核就減輕。2)原1EC標準【⑶中10%額定短路開斷電流下的試驗條件T10中上升率為10kVps(500kV)下降為7kVgs振幅系數(shù)原來是1.7(500kV)現(xiàn)在為1.53均有所降低。第31卷第1期電網(wǎng)技術3表1用4參數(shù)(T100.T60、OP1和OP2)或2參數(shù)(T30和T10)表示的額定電壓1100kV斷路器恢復電壓電力行業(yè)標準值(相

9、當于IEC標準的擴充)Tab1TRVcriteriaofcircuitbreakerswiththeratedvoltage1100kVstipulatedinChinaelectricpowerindustrysocietyequivalenttoIECextensionpresentedbyfourparameters(T100T60.OP1OP2)twoparameters(T30T10)試驗開斷電流首幵極TRV峰值上升率條件kA

10、系數(shù)系數(shù)kV(kVps)T100501.31.416352.0T60301.31.517513.0T30151.31.5317865.0T1051.30.9x1.717867.0OPI、OP212.52.01.2522451.54注：T100.T60、T30、T10分別表示斷路簽開斷100%.60%.30%.10%額定短路開斷電派的試驗條件：OPI和OP2表示失步開斷的試驗條件。上升率也應在表1電壓上升率的1.7倍以上，即實際特高壓斷路

11、器承受TRV電壓上升率的能力比表1所列出的要大得多。2三相接地故障情況下特高壓斷路器的瞬態(tài)恢復電壓2.1故障位置故障位置本節(jié)研究晉東南一南陽一荊門特高壓試驗示范工程中晉東南、南陽、荊門3個站的斷路器端部三相接地短路故障(3LG)及距其出口1~5km左右處三相接地短路故障時TRV的電壓峰值和上升率，這是示范工程可能出現(xiàn)最嚴重TRV中的一種。故障如圖2所示，計算中均不考慮斷路器分閘電阻。圖2特高壓示范工程中斷路器端部故障與岀口1~5km處故

12、障位?Fig.2ThefaultslocationschemeofUHVpilotproject2.2晉東南特高壓斷路器的晉東南特高壓斷路器的TRV晉東南特高壓站為全封閉組合電器式變電站。晉東南站是一個終端站，其特高壓側構成較簡單，容易造成TRV的上升率比較高。圖3為晉東南單機情況下，晉東南斷路器開斷BTF時的最大TRV波形圖(TRV峰值峰值1285.9kV上升率6.7kVgs)。表2為晉東南斷路器TRV計算結果。圖3晉東南斷路器端部三

13、相接地短路時TRVFig.3TRVwavefmduringthethreephaseBTFofcircuitbreakeratJindongnansubstation表2晉東南斷路器TRV最大峰值與最大上升率Tab.2ThemaximumpeakvaluesriseratesofTRVatJindongnansubstation晉東南開故障穩(wěn)態(tài)開斷TRV峰值TRV上升率機臺數(shù)形式電流kAkV(kVgs)1BTF4.391285.96.7

14、1出口1km左右4.341323.35.3ABTF5.421232.16.2出口1km左右5.37I25&55.5比較表2與表1可見：晉東南斷路器最大穩(wěn)態(tài)開斷電流為4.395.42kA標準規(guī)定T10試驗電流偏差為20%則其短路電流對應于標準值中的試驗方式T10o計算最大TRV峰值為1323.3kV、上升率為6.7kVqs滿足標準中峰值1786kV和上升率7.0kVps的要求。2.3南陽特髙壓斷路器的南陽特髙壓斷路器的TRV南陽站為復合組

15、合電器式的開關站，無論哪一端故障，在斷路器分斷時，斷路器的母線側總連著另一條特高壓線路，它的TRV情況和晉東南這樣的終端站有較大的差別。計算結果如表3所示，與表2比較可知，南陽站兩側斷路器TRV的峰值和晉東南站相差不是很大，故大峰值要高出10%左右；但上升率均比晉東南站要低得多，最大上升率不到晉東南的50%這與南陽母線上總連著另一條特高壓線路有很大關系。其峰值和上升率也均滿足標準中T10試驗的1786kV和7.0kVgs的要求。表3南陽