關(guān)于特高壓斷路器的瞬態(tài)恢復(fù)電壓研究

1、第31卷第1期電網(wǎng)技術(shù)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(shè)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(yùn)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(gè)方面：①斷路器開斷之后的瞬態(tài)恢復(fù)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(fù)電壓及系統(tǒng)失步解列之后的恢復(fù)電壓；②斷路器開斷短路電流過程中的直流分量時(shí)間常數(shù)及短路電流過零點(diǎn)漂移問漂移問

2、題。這2個(gè)問題均對特高壓斷路器的試驗(yàn)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(fù)電壓問題。一些國內(nèi)外專家認(rèn)為特高壓斷路器的TRV問題比較嚴(yán)重⑼，只有使用分閘電阻才能將其限制在IEC斷路器標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展范圍內(nèi)。但分閘電阻要求的熱容量大、造價(jià)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(fù)電壓分析中的若干問題回顧1.1斷路器瞬態(tài)恢復(fù)電壓的影響因素及計(jì)算方法斷路器瞬態(tài)恢復(fù)電壓的影響因素及計(jì)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(fù)電壓⑴】。對于TRV主要考核考核2個(gè)指標(biāo)：指標(biāo)：一個(gè)是上升率，另一個(gè)是峰值。峰值。目前國內(nèi)外主要采用電磁暫態(tài)磁暫態(tài)類軟件〔⑵計(jì)算計(jì)算TRV這類軟件的優(yōu)點(diǎn)是它有較強(qiáng)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(shí)TRV的頻率相當(dāng)高，約幾千赫茲。在這樣高的頻率下，損耗也會(huì)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(cè)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(jì)。這也會(huì)使計(jì)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(guān)，即認(rèn)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(shí)際滅弧過程有較大差別，可能

5、使TRV計(jì)算結(jié)果偏高。有人曾提出考慮斷路器內(nèi)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(gè)因素使計(jì)算出的TRV的峰值和上升率偏高，將這些結(jié)果與IEC62271100(1()標(biāo)準(zhǔn)比較時(shí)，其結(jié)果是偏安全的。此外，IEC斷路器標(biāo)準(zhǔn)也是個(gè)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過多年實(shí)踐，IEC發(fā)現(xiàn)TRV標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)中瞬態(tài)恢復(fù)電壓的變化情況1EC斷路器標(biāo)準(zhǔn)中TRV部分從20世紀(jì)60年

6、代開始經(jīng)歷2次變化，其對應(yīng)的包絡(luò)線如圖1所示。(b)1989年后TRV包絡(luò)線(4參數(shù))(c)2001年后TRV包絡(luò)線(4參數(shù))圖】】EC斷路器標(biāo)準(zhǔn)中瞬態(tài)恢復(fù)電壓波形包絡(luò)線Fig.1TheenvelopecurveoftransientrecoveryvoltageintheIECcircuitbreakerstard(1)20世紀(jì)60年代TRV波形包絡(luò)線(2參數(shù))。如圖1(a)所示，包絡(luò)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(luò)線的上升率為如血，其中『2為上升到々所對應(yīng)的時(shí)刻。(2)1989年后TRV波形包絡(luò)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(luò)線(4參數(shù))。如圖1(c)所示，與1989年相比，2001年IEC斷路器標(biāo)準(zhǔn)(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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)【⑶中10%額定短路開斷電流下的試驗(yàn)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(shù)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(fù)電壓電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)值(相

9、當(dāng)于IEC標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)充)Tab1TRVcriteriaofcircuitbreakerswiththeratedvoltage1100kVstipulatedinChinaelectricpowerindustrysocietyequivalenttoIECextensionpresentedbyfourparameters(T100T60.OP1OP2)twoparameters(T30T10)試驗(yàn)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(yàn)條件：OPI和OP2表示失步開斷的試驗(yàn)條件。上升率也應(yīng)在表1電壓上升率的1.7倍以上，即實(shí)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(fù)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(yàn)示范工程中晉東南、南陽、荊門3個(gè)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(shí)TRV的電壓峰值和上升率，這是示范工程可能出現(xiàn)最嚴(yán)重TRV中的一種。故障如圖2所示，計(jì)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(gè)終端站，其特高壓側(cè)構(gòu)成較簡單，容易造成TRV的上升率比較高。圖3為晉東南單機(jī)情況下，晉東南斷路器開斷BTF時(shí)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(jì)算結(jié)果。圖3晉東南斷路器端部三

13、相接地短路時(shí)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(jī)臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定T10試驗(yàn)電流偏差為20%則其短路電流對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)值中的試驗(yàn)方式T10o計(jì)算最大TRV峰值為1323.3kV、上升率為6.7kVqs滿足標(biāo)準(zhǔn)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(fù)合組

15、合電器式的開關(guān)站，無論哪一端故障，在斷路器分?jǐn)鄷r(shí)，斷路器的母線側(cè)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(jì)算結(jié)果如表3所示，與表2比較可知，南陽站兩側(cè)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(guān)系。其峰值和上升率也均滿足標(biāo)準(zhǔn)中T10試驗(yàn)的1786kV和7.0kVgs的要求。表3南陽