50kV斷路器合閘電阻熱容量的研究

李松磊 劉 分 程龍君 史峰濤

（河南平芝高壓開關(guān)有限公司，河南 平頂山 467013）

額定電壓363kV及以上線路合空載長線時，尤其是在電源電壓幅值與線路殘壓反相時合閘，由于系統(tǒng)參數(shù)突變，會導(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［1］。

目前，用避雷器來限制斷路器合閘過電壓的運(yùn)行經(jīng)驗比較豐富，一般國內(nèi)363kV以上的線路中，較長線路一般在中點設(shè)置，300km左右的中短距離550kV電站也有設(shè)置，其線路較長時一般在中點懸掛處理。但目前實際變電站工程中應(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、試驗是高壓斷路器的要點。本文針對合閘電阻的通流影響、試驗方法等進(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［1］。

按照式（1），R為合閘電阻阻值，每次合閘操作時電阻的接入時間和兩端電壓都是影響合閘電阻在線路操作時獲得熱量的直接因素。而在實際合閘電阻投入使用時，開關(guān)的操作特性及其所在輸電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)是電阻接入時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)械接通和電接通時間存在毫秒級差異，最終使三相不同期及合閘電阻接入時間增加，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方式［2］

2.1 對于合閘電阻熱容量試驗，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，時間間隔為30min.

2.1.2 如合、分閘共用一個電阻，熱容量原則上也應(yīng)滿足2倍額定電壓下CO-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1.1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。

2.1.3 合閘電阻的接入時間不小于11ms，分閘電阻的接入時間不小于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、分閘用兩個電阻，則電阻熱容量應(yīng)分別試驗。

2.2 550kV斷路器中僅設(shè)計有合閘電阻，阻值約400Ω，合閘電阻提前投入時間8～11ms。

按照標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗參數(shù)及試驗方法如下：

合閘電阻：400Ω

試驗電壓：u=2×550/3=635kV

電阻通流：I=635/400=1.59kA

投入時間：t=11ms——制造廠一般選用最大值

試驗順序：斷路器內(nèi)充入閉鎖壓力氣體，斷路器進(jìn)行C1—30min—C2操作。

判定依據(jù)：試驗前、后常溫狀態(tài)下，電阻值差≤5%

3 合閘電阻熱容量試驗實例

3.1 標(biāo)準(zhǔn)試驗方法

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。斷路器合閘動作時，合閘電阻提前于斷路器主觸頭合閘，提前投入時間為11ms，按照上述標(biāo)準(zhǔn)法確定了以下參數(shù)：

試驗電壓：u=2×550/3=635kV電阻通流：I=635/450=1.41kA

3.2 替代的試驗方法［1］

由于試驗站試驗條件限制，無法施加全電壓進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“如受試驗站能力限制，熱容量可在全電壓通過1/5～1/10全電流（5～10倍額定電阻值）試驗，也可在1/3～1/6全電壓下（1/3～1/6額定電阻值）試驗。通過全電流試驗，如果是1/2極電阻試驗，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，替代的實驗參數(shù)如下；

使用電阻值：450×1/5=90Ω 試品組立后實測電阻值：92Ω

施加電壓值：u=92Ω×1.41kA=129.7kV

由于取值是1/5電阻，需追加不均勻系數(shù)（一般經(jīng)驗值系數(shù)為1.1）

最終試驗電壓為：1.1×129.7kV=142.7kV。

試驗電阻選取了全電阻的1/5，試品體積小，考慮試驗的方便性，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，外接絕緣試驗套管，從而實現(xiàn)試驗電壓、電流的引入。

3.3 樣機(jī)試驗姿態(tài)及回路圖

圖1 電阻熱容量試驗姿態(tài)

如圖1所示，合閘電阻熱容量試驗姿態(tài)，試驗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，實現(xiàn)電阻熱容量試驗。

FK1、FK2：輔助開關(guān)

SP:合閘電阻試品

G：發(fā)電機(jī)

按圖2所示，試驗回路充電，輔助開關(guān)FK1合閘，電流流入被試電阻，通流11ms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)FK1分閘，斷開回路。被試電阻完成了第一次11ms的熱容量考核。試品靜置30min，重復(fù)上述試驗，進(jìn)行第二次電阻熱容量考核。

試驗后試品靜置16h，實測阻值：91.2Ω，與試驗前電阻值差≤5%，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)語

斷路器是GIS的核心元件，GIS對線路的分、合閘操作是通過斷路器的分合動作來實現(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、合閘來試驗分、合動作，所以其質(zhì)量可靠性與滅弧室同等重要。驗證可靠性的最有效辦法為型式試驗，通過上述的試驗替代法，完全可模擬出符合實際工況要求的試驗線路進(jìn)行型式試驗，而且試品安裝、調(diào)試簡單，試驗結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

［1］黎斌.SF6高壓電器設(shè)計（第三版）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［2］GB/Z 24838-2009.1100kV高壓交流斷路器技術(shù)規(guī)范［S］.