相控斷路器產(chǎn)品研制與工程應(yīng)用交流教學(xué)

相控斷路器產(chǎn)品研制與工程應(yīng)用交流教學(xué)目錄一二三四選相的意義及控制要點產(chǎn)品研究及試驗生產(chǎn)控制要點運行問題及解決措施一選相的意義及控制要點

1選相分合閘的意義近年來，隨著特高壓、遠距離、大容量電力網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，尤其是特高壓交直流輸電技術(shù)的大發(fā)展，電網(wǎng)中的過電壓問題更加凸顯出來。在特高壓電力系統(tǒng)中，斷路器在關(guān)合時刻，系統(tǒng)將產(chǎn)生很高的過電壓和涌流，尤其是在關(guān)合濾波器組、空載變壓器、電容器組、并聯(lián)電抗器和空載線路時，這樣不僅對系統(tǒng)中的設(shè)備不利，還會影響繼電保護的動作行為，以及電器設(shè)備的電氣壽命等。為解決這些問題，將投入巨大的人力、物力和財力。一選相的意義及控制要點

1選相分合閘的意義

隨著斷路器檢測手段和檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，以及電網(wǎng)自動化、信息化水平的不斷提高，選相分、合閘技術(shù)是解決特高壓交直流系統(tǒng)分、合過電壓和涌流問題的最佳方法。斷路器選相分合閘技術(shù)(ControlledSwitching，簡稱CS)，

是指通過一定的手段使斷路器動、靜觸頭在系統(tǒng)電壓波形的指定相角段分合，使得濾波器組、空載變壓器、電容器組、并聯(lián)電抗器和空載線路等電力設(shè)備在對自身和系統(tǒng)沖擊最小的情況下投切入電力系統(tǒng)的技術(shù)。CS技術(shù)能夠大幅降低分合閘操作暫態(tài)過程中的過電壓和涌流，從而提高電力設(shè)備的壽命和整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一選相的意義及控制要點

2低壓模擬選相關(guān)合涌流（摘自南網(wǎng)特高壓直流系統(tǒng)計算書）低壓模擬選相關(guān)合涌流情況：

利用低壓模擬隨機合閘時的涌流高達8.12p.u.。控制開關(guān)的關(guān)合相位可以降低合閘涌流。接入相角為90o時涌流最大，接入相角為0o時最小。實際上，偏差為+1.0ms時，合閘涌流已可控制在3p.u.以下，涌流危害已經(jīng)可以大大削弱。其中x表示角度，y表示涌流幅值，負誤差角度涌流幅值可表示為y=-0.074487x+1.419（即每0.1ms幅值增加0.134Pu，0.074697*1.8=0.134）；正誤差角度涌流幅值可表示為y=0.11117x+1.2852（即每0.1ms幅值增加0.2Pu，0.11117*1.8=0.20）。一選相的意義及控制要點

3高電壓涌流（摘自南網(wǎng)特高壓直流系統(tǒng)計算書）

以某±800kV直流輸電工程交流換流站，斷路器開斷交流濾波器和并聯(lián)電容器涌流為例，說明選相分合閘對過電壓和涌流的抑制效果。

斷路器關(guān)合交流濾波器和并聯(lián)電容器(額定電流300A)，抑制涌流效果見下表：最后通電的交流濾波器/并聯(lián)電容器小組涌流峰值/kA（有選相合閘裝置）涌流峰值/kA（無選相合閘裝置）抑制幅度不考慮偏差考慮1ms偏差DT11/240.371.243.4635.8%DT13/360.431.574.5634.4%ST30.320.350.6157.4%C-Shunt0.543.6910.8634.0%一選相的意義及控制要點

3高電壓涌流（摘自南網(wǎng)特高壓直流系統(tǒng)計算書）

以某±800kV直流輸電工程交流換流站，斷路器開斷交流濾波器和并聯(lián)電容器涌流為例，說明選相分合閘對過電壓和涌流的抑制效果。

斷路器關(guān)合交流濾波器和并聯(lián)電容器(額定電流300A)，抑制涌流效果見下圖：無選相有選相一選相的意義及控制要點

4過電壓（摘自《特高壓交直流電網(wǎng)》，劉振亞）

在超/特高壓系統(tǒng)中，斷路器的關(guān)合和開斷都將引起操作過電壓，330kV系統(tǒng)操作過電壓要求不超過，550kV系統(tǒng)不超過，750kV系統(tǒng)要求不超過，1100kV系統(tǒng)要求不超過（變電站）、1.7p.u（線路沿線）。以特高壓空載線路合閘為例，過電壓最高可達，采用選相合閘控制技術(shù)，可將過電壓限制在，滿足系統(tǒng)要求。

下面以550kV交流濾波器或電容器組投入運行時，換流站交流母線、濾波器或電容器組上，隨機合閘、選相合閘方式投入時過電壓水平對比結(jié)果見下表。斷路器兩側(cè)過電壓：692+720kV（隨機，3.14p.u）/458+461kV（選相，2.05p.u）。母線電壓（線電壓峰值）測量位置過電壓（峰值，kV，隨機合閘/選相合閘）449kV交流母線692（1.54p.u）/458（1.02p.u）元件兩端C1（1-2）720（1.60p.u）/461（1.03p.u）對地L1H（2）330（0.72p.u）/10（0.02p.u）一選相的意義及控制要點

5適應(yīng)標準IEC62271-100High-voltageswitchgearandcontrolgear；GB1984-2014高壓交流斷路器（基礎(chǔ)標準）；GB/T11022-2011高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標準的共用技術(shù)要求（基礎(chǔ)標準）；GB/T30846-2014具有預(yù)定極間不同期操作高壓交流斷路器（偏重本體）；DL/T…—2016斷路器選相控制器通用技術(shù)條件（偏重控制，編制中）。注：GB/T30846-2014、DL/T…—2016等標準，其中許多專業(yè)術(shù)語規(guī)則、定義及試驗方法，均摘自或借鑒基礎(chǔ)標準。一選相的意義及控制要點

6選相分合閘的基本原理由選相分合閘的基本原理可以看出，要實現(xiàn)選相功能，重點是控制斷路器設(shè)備動作時間（斷路器分合閘的穩(wěn)定性）及預(yù)期目標投切時間（斷路器預(yù)擊穿時間，即RDDS曲線與頻率的交點）。一選相的意義及控制要點

7控制要點1.絕緣特性相控斷路器控制要點一：斷路器的絕緣特性，即預(yù)擊穿時間與擊穿電壓特性間的關(guān)系，即擬合的RDDS值。根據(jù)分散性要求，包含所有預(yù)擊穿電壓值的兩條極限RDDS曲線所包含時間小于±1ms，分散性按±1ms設(shè)定；若有超出±1ms范圍的預(yù)擊穿電壓值，且數(shù)量較多，則不具備選相控制條件。一選相的意義及控制要點

7控制要點

二產(chǎn)品研究及試驗

1實驗方案針對選相關(guān)合功能特性要求，實驗的設(shè)計方案見右圖。實驗包括兩方面的內(nèi)容，機械穩(wěn)定性實驗及絕緣強度下降率（RDDS）特性實驗。二產(chǎn)品研究及試驗

2機械穩(wěn)定性試驗分析

右圖為斷路器20次操作實驗的合閘時間與操作次數(shù)關(guān)系圖。斷路器的合閘時間最大值為72.4ms，最小值為71.9ms，平均值為72.2ms，合閘時間偏差為0.5ms，滿足合閘時間穩(wěn)定性在±1ms范圍內(nèi)，因此該斷路器滿足選相關(guān)合的基本條件。二產(chǎn)品研究及試驗

3絕緣強度下降率（RDDS）特性實驗

要獲得RDDS特性，首先要測量觸頭預(yù)擊穿燃弧時間和預(yù)擊穿時刻對應(yīng)的電壓值，即動態(tài)絕緣試驗。為保證斷路器在系統(tǒng)電壓的每15度相位內(nèi)均存在預(yù)擊穿現(xiàn)象，在合閘操作時間間隔為5分鐘的條件下，記錄多組預(yù)擊穿電壓與燃弧時間。最后，通過分析實驗數(shù)據(jù)得出RDDS特性曲線。二產(chǎn)品研究及試驗

4斷路器最佳關(guān)合時間點關(guān)合過程中，觸頭間絕緣強度隨觸頭間距的減小而下降，其絕緣強度下降率(RDDS)的絕對值kP與斷路器合閘速度v的關(guān)系近似成正比，即：

引入RDDS特征參數(shù)，即關(guān)合系數(shù)k,則有：KP=kωA，其中：ω電壓角頻率，A正弦電壓幅值。當k<1時，斷路器的RDDS曲線斜率小于系統(tǒng)電壓零點切線值；當k>1時，RDDS大于系統(tǒng)電壓零點切線值。上圖給出了k>1與k<1兩種情況下，RDDS與電壓波形交點，且引入斷路器合閘特性分散性σ對此的影響（如圖中所示：k<1時，交點α1、β1、γ1；k>1時，α2、β2、γ2）。二產(chǎn)品研究及試驗

5電壓對分合閘時間的影響平均分閘時間隨電壓變化曲線平均合閘時間隨電壓變化曲線各電壓下分閘時間試驗小結(jié)：1、隨著電壓升高，分、合閘時間逐漸變小，且電壓差越大，分合閘的分散性越大；2、在相同操作電壓下，分、合閘時間漂移量小于±0.5ms內(nèi)。二產(chǎn)品研究及試驗

6油壓對分合閘時間的影響試驗小結(jié)：1、分、合閘時間隨著油壓減小逐漸增大；油壓越低，分、合閘時間變大趨勢越明顯；2、隨著油壓降低，分、合閘時間的分散性逐漸增大。合閘隨油壓變化曲線分閘隨油壓變化曲線二產(chǎn)品研究及試驗

7氣壓對分合閘時間的影響試驗小結(jié)：1、相同氣壓下，分、合閘時間漂移量小于±0.3ms；2、分、合閘時間隨著氣壓升高有增大趨勢，但總體可以認為，只要氣壓變化不是很大，對斷路器分合閘時間的影響可以忽略不計。合閘隨氣壓變化曲線分閘隨氣壓變化曲線二產(chǎn)品研究及試驗

8溫度對分合閘時間的影響試驗小結(jié)：1、相同環(huán)境溫度下，分、合閘時間漂移量小于±0.3ms，可以等同于機械分散性；2、在-10℃～50℃范圍內(nèi)，斷路器分、合閘漂移量小于±0.5ms，環(huán)境溫度影響基本可以忽略。當環(huán)境溫度低于-10℃時，分、合閘時間漂移量明顯增大，且溫度越低，變化量越大。合閘隨溫度變化曲線分閘隨溫度變化曲線三生產(chǎn)控制要點

1生產(chǎn)、裝配控制要點

對于相控斷路器產(chǎn)品，要實現(xiàn)選相功能，其分、合閘時間的穩(wěn)定性是控制的重點和要點，因此需做到：零部件100%檢驗；零部件可追溯標識；全程可追溯。三生產(chǎn)控制要點

2分步工作要點原材料、零部件加工嚴格控制；對零部件標識、尺寸精測、運動零部件稱重，進行分組配對；涉及傳動的每一步裝配需進行摩擦力測量；對配用的機構(gòu)進行摩擦力測量；裝配卡片及檢驗卡片沿裝配步驟同步完善；

200次操作進行磨合，特性復(fù)測。三生產(chǎn)控制要點

3零部件尺寸測量和稱重零部件稱重記錄卡三生產(chǎn)控制要點

4摩擦力測量四運行問題及解決措施

1模式選擇目前，選相合閘裝置一般提供兩種控制模式：自適應(yīng)模式和補償模式。自適應(yīng)模式：通過采集回路電流或輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換得到本次操作的實際合閘時間，作為下次操作的預(yù)期合閘時間。易使用于斷路器頻繁動作，環(huán)境溫度變化不大的場合，根據(jù)上次分、合閘時間偏差自動進行下次補償，可有效解決斷路器長期運行，由于多次開斷后觸頭磨損而造成的時間偏差。補償模式：通過采集環(huán)境溫度、油壓和控制電壓變化，利用已知的補償關(guān)系曲線，準確預(yù)測本次操作的合閘時間。事先做好溫度、油壓及電壓補償曲線或參量變化數(shù)據(jù)存儲于裝置中，使用時調(diào)取并進行補償。易使用于斷路器長期不動作，控制電壓、油壓和環(huán)境溫度變化較大的場合。四運行問題及解決措施

2選相控制點設(shè)置問題：隨著配置相控功能的高壓斷路器設(shè)備應(yīng)用的增多和運行時間增長，在工程調(diào)試和運行過程中一些問題也逐漸暴露出來，如在選相合閘過程中，合閘相位偏出預(yù)設(shè)范圍，合于系統(tǒng)電壓峰值附近，造成明顯過大的系統(tǒng)過電壓和涌流，對系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生了不利影響，即未滿足預(yù)期的選相合閘控制效果。四運行問題及解決措施

2選相控制點設(shè)置原因分析：機械特性變化

選相控制技術(shù)對斷路器合閘時間特性的連續(xù)性和一致性要求極高，一般情況下，合閘時間的機械分散性不允許超過±1ms。實際工程應(yīng)用中，合閘相位控制目標為電氣關(guān)合點，即斷路器相應(yīng)極中電流出現(xiàn)時刻，這和斷路器關(guān)合預(yù)擊穿特性相關(guān)，預(yù)擊穿電壓過高會導(dǎo)致預(yù)燃弧時間增長，關(guān)合電弧瀉出能量大,將引起更多的觸頭燒蝕及熄弧介質(zhì)裂化。結(jié)合斷路器機械合閘時間分散性及介質(zhì)絕緣強度下降率，控制預(yù)擊穿發(fā)生在外施電壓預(yù)設(shè)相位，才能實現(xiàn)同步關(guān)合，從而減少觸頭燒蝕和提高操作質(zhì)量，抑制電路關(guān)合瞬時的暫態(tài)沖擊。斷路器帶電運行時，隨著其關(guān)合和開斷次數(shù)增加，動、靜弧觸頭由于電弧灼燒和磨損，電接觸部分的形狀和尺寸均會發(fā)生變化。長期老化或磨損會引起斷路器的合閘時間發(fā)生變化，隨著運行時間和操作次數(shù)累積，最終會導(dǎo)致相控斷路器的合閘時間超出其關(guān)合相位預(yù)設(shè)范圍。四運行問題及解決措施

2選相控制點設(shè)置原因分析：絕緣強度下降率RDDS

對于高壓六氟化硫斷路器來說，受限于機構(gòu)操作功，合閘速度不可能太高。因此高壓斷路器的RDDS曲線一般小于系統(tǒng)電壓零點切線值，即關(guān)合系數(shù)k<1。大量不同型號高壓斷路器的關(guān)合試驗也證明了其關(guān)合系數(shù)k<1的結(jié)論。

在關(guān)合系數(shù)k<1情況下，要實現(xiàn)在電壓0點處附件合閘，是一種理想狀態(tài)，現(xiàn)實中很難實現(xiàn)。系統(tǒng)設(shè)置的相位控制點越接近α，系統(tǒng)的沖擊越小，但控制精度將相應(yīng)降低，一旦實際合閘點偏離α點繼續(xù)前移，則預(yù)計穿將發(fā)生于ψ區(qū)間范圍內(nèi)，即出現(xiàn)在電壓峰值處附近提前擊穿的情況。四運行問題及解決措施

2選相控制點設(shè)置解決辦法：頻繁操作斷路器采用自適應(yīng)模式，同時將斷路器預(yù)設(shè)的相