特高壓斷路器容性電流分開試驗方法

特高壓斷路器容性電流分開試驗方法

0試驗方法和試驗設計容性電流的開放試驗對特高壓裝置非常重要。雖然容性電流較小，但一旦到達，必然會導致嚴重的過載，系統(tǒng)會受到嚴重影響。容性電流開合試驗可采用現(xiàn)場試驗,也可在試驗室進行。試驗室試驗可采用合成試驗與直接試驗,試驗回路由電容器、電抗器、電阻等集中元件組成。以下結合西安高壓電器研究所(簡稱西高所)大容量試驗室已完成的工作及現(xiàn)有的條件對特高壓斷路器開合容性電流的試驗方法進行介紹、分析和比對。1試驗壓升電路對特高壓斷路器,當試驗室短路功率及容性負載不能滿足直接試驗要求時,IEC也推薦了合成試驗方法。容性電流開合的合成試驗回路由電流回路和電壓回路兩部分組成。當采用感性或阻性的電流回路作為替代時,兩個回路都應具有容性的特征。兩個回路的電源可以串聯(lián)也可以并聯(lián),可由短路發(fā)電機或振蕩回路提供。以下介紹兩種試驗方法:方法1:由短路發(fā)電機G經變壓器為電流回路提供感性電流,由兩個L-C回路為電壓回路提供容性電流及試品開斷后的恢復電壓,電壓和電流回路并聯(lián),對試品試驗斷口兩端加壓,試驗線路圖見圖1,該方法正確考核了斷路器帶電導體和接地外殼之間的絕緣,回路的壓升可由兩個電壓回路電感Ls1,Ls2調節(jié)。該回路的優(yōu)點是負載電容C1,C2上的工作電壓低,試品重擊穿后最高電壓小于1200kV,輔助開關重擊穿后最高電壓小于600kV。缺點是當恢復電壓持續(xù)100ms時衰減了約25%,超過了300ms時斷路器斷口電壓的衰減不超過10%的標準要求。圖1中:G為短路發(fā)電機;QF1為保護斷路器;QM1為合閘開關;T1,T2,T3為短路變壓器;T7為升壓變壓器;Ro,Co為調頻電阻、電容;SP為試品;R1,R2,C1,C2為負載電阻、電容;Cs1,Cs2為主電容;Ls為電源側電感;Ls1,Ls2,L501,L502為高壓回路電感;GQ1,GQ2為隔離球隙;DQ為點火球隙;BQ為保護球隙;Ry,Cy為延弧電阻、電容;FK1,FK2為輔助開關;ZK為真空開關,下圖同。方法2:由短路發(fā)電機G經一臺短路變壓器T1為電流回路提供感性電流,兩個電壓回路提供容性電流及試品開斷后的恢復電壓,電壓和電流回路并聯(lián),對試品試驗斷口兩端加壓。試驗線路圖見圖2,其中電壓源1為發(fā)電機經3臺短路變壓器T1,T2,T3將電壓升至252kV,電壓源2為發(fā)電機經升壓變壓器T7將電壓升至252kV,兩個電壓分別施加于試品斷口兩端。此回路的壓升可通過電流回路的感性特點加以補償。該回路的優(yōu)點是向試品斷口兩端分別施加的反極性電壓波形與直接試驗幾乎相同,恢復電壓不衰減,電容器工作電壓低。但它的缺點是使用設備多,線路復雜,試驗運行不方便。以上的合成試驗線路較為復雜,對控制要求高,試驗成功率較低,但所需要的設備參數(shù)相對較低,試驗壓升可以滿足要求,當試驗室電源容量不足時可采用。上述方法不適合帶分閘電阻斷路器的試驗,因為無法對主斷口和輔助斷口同時進行考核。2試驗能力得到了提高合成試驗雖然對設備的容量要求不是很高,但它只是一種直接試驗的替代方法。隨著西高所大容量試驗室技術改造項目的完成,試驗能力得到了很大的提高,已具備超高壓斷路器開合容性電流直接試驗的條件,并完成了800kV及550kV罐式斷路器容性電流開合直接試驗。以下通過分析已完成的超高壓斷路器容性電流開合直接試驗的結果,提出特高壓斷路器在無分閘電阻與帶分閘電阻時的容性電流開合直接試驗方法。2.1恢復電壓初始部分試驗結果在超高壓斷路器開合容性電流直接試驗中,電源采用短路變壓器T1,T2,T3與升壓變壓器T7反接,中間接地,雙邊加壓的方法。試驗時可根據試驗電壓的不同改變T1,T2,T3接法。試驗原理圖見圖3,圖中:I為電流測量;U為電壓測量。LC2試驗方式的工頻及TRV示波圖見圖4和圖5。試驗結果為:試驗電流Ic=504A;試驗電壓Ur=399kV;電源電壓Us1=233kV;電源電壓Us2=122kV;恢復電壓最大值Uc=1052kV;時間t2=8.3ms;暫態(tài)恢復電壓初始部分(ITRV)的峰值U1=90kV;時間t1=221μs;試驗壓升Δu=44kV。從試驗結果可以看出,Δu較高(14%),Ur,Ic,Uc及t2參數(shù)均滿足標準要求。因試驗回路電源側未接調頻回路的Co,Ro,所以U1=90kV>38kV,t1=221μs<292μs,與標準偏差較大。試驗壓升較高主要是電源側電感Ls引起的。在滿足標準要求的試驗電流和試驗電壓下,Ls過大將使斷路器ITRV的U1參數(shù)增高,而使恢復電壓的最大值Uc減小。對斷路器來說,電流過零后電弧是否復燃決定于ITRV的U1和t1,而是否出現(xiàn)電弧的重擊穿則往往與Uc有很大關系。文,中有這樣的說明:如果電壓變化超過規(guī)定值,允許使用規(guī)定的恢復電壓(見文6.111.10)來替代進行試驗。因此,試驗時需要通過提高試驗電壓來滿足標準要求的Uc,通過調節(jié)電源側Ro及Co來降低U1和增大t1。如果U1仍高于標準的要求值,可通過合理選擇Co及Ro來降低ITRV的上升率,使其對斷路器初始部分的開斷影響降至最低,保證試驗的等價性。Ro,Co的計算參照文。較高的壓升對試驗系統(tǒng)負載電容器和調頻電容器的絕緣及對地絕緣要求增高,但電源側電感Ls對限制試驗中的合閘涌流起著積極的作用。2.2t7反接加壓試驗無分閘電阻型特高壓斷路器的直接試驗回路采用短路變壓器T1,T2,T3串聯(lián),將電壓升至189kV再與升壓變壓器T7反接,中間接地,雙邊不對稱加壓的方法。試驗原理圖見圖3,只是試驗參數(shù)稍有差別,試驗參數(shù)計算結果見表1。試驗時可通過提高試驗電壓來滿足標準要求的Uc,通過合理選擇Co及Ro來彌補壓升對試品開斷的影響。該方法對1100kV罐式斷路器外殼和帶電導體可施加與斷口相同的全電壓。2.3斷口恢復電壓的測量特高壓斷路器有的在主斷口并聯(lián)電阻元件,采用并聯(lián)電阻開斷的方式來降低斷路器開斷時的過電壓。等效原理圖見圖6。帶分閘電阻斷路器在進行容性電流開斷時,主斷口先開斷,開斷時電源電壓Us正處于電壓的峰值Um,電容C也被充電到電壓Um,主斷口電流過零后電源電壓按Umcosωt規(guī)律降低,于是電容C通過電阻R對電源放電,此時主斷口電壓,其最大值也不會超過Um。與不帶電阻開斷的主斷口電壓的最大值2Um相比,其值大幅度地下降。主斷口開斷后約30ms輔助斷口開斷,由于開斷電阻的接入使回路的阻抗和功率因數(shù)等發(fā)生了變化,向斷路器極間施加的電壓波形變成[cosθ-cos(ωt+θ)],其中θ=arctan(ωCR),該波形的峰值與不帶電阻開斷的斷口電壓波形(1-cosωt)的峰值相比稍下降,但電壓波前部分的du/dt卻急劇上升。各斷口恢復電壓比較見圖7。通過以上分析認為,對1100kV帶分閘電阻斷路器可選用無電阻型斷路器所采用的直接試驗回路,該回路與實際運行條件接近,可較好地反映帶電阻斷路器容性電流開斷過程。但由于電源側電感Ls的影響,各斷口開斷時回路參數(shù)如θ=arctan[R/(1/ωC-ωL)]及阻抗等發(fā)生變化,各斷口開斷后的電壓也將發(fā)生變化,因此需對試驗回路參數(shù)進行合理調節(jié),以滿足試驗的等價性。試驗中Uc的要求值與理想值(Ls=0)相比可適當?shù)南抡{,下調幅度仍需進一步商榷。1100kV帶分閘電阻的罐式斷路器試驗時可對帶電導體和外殼施加與斷口相同的電壓,該電壓為直流疊加交流電壓,其峰值雖略低于電源側帶電導體與外殼全交流電壓Um,但高于負載側帶電導體與外殼全直流電壓Umcosθ,對斷路器帶電導體與外殼的考核與實際運行條件接近,基本保證試驗的等價性。標準要求見文。2.4路器斷口和負載電容對uec的恢復帶電阻與無電阻型斷路器的試驗參數(shù)可采用PSCAD軟件進行模擬。針對LC2試驗方式的兩種直接試驗回路仿真波形見圖8和圖9,仿真結果比較見表2。由表2可以看出,由于試驗中電阻的影響,斷路器斷口施加的恢復電壓最大值Uc降低到902kV(無電阻時為1199kV),但恢復電壓波前部分的du/dt卻增大到0.17kV·μs-1(無電阻時0.14kV·μs-1);主斷口開斷時的恢復電壓Uc最大值僅為342kV;負載電容對地電壓Uec的峰值降低到587kV(無電阻時885kV);試品開斷后負載電容器的直流電壓UL降低到378kV(無電阻時676kV)。各斷口恢復電壓的最大值減小降低了斷路器電流過零后重擊穿的可能性,即使發(fā)生重擊穿,由于電阻的接入,使試驗系統(tǒng)主電容的反向充電電壓降低,入射波和反射波的幅值都減小,增加了試驗系統(tǒng)的安全性。3試驗系統(tǒng)及操作難點,試驗線路及操作