计及短路电流直流分量的断路器实际开断能力分析

基于短路电流直流分量衰减时间常数计算,推导了短路全电流有效值计算公式,分析了直流分量对断路器实际开断能力的影响。以特高压交直流入赣的规划电网数据为仿真算例,开展江西电网500 kV和220 kV母线短路电流校核,计算结果表明部分母线的直流分量衰减时间常数会超过相应断路器的标准时间常数,断路器实际开断能力对应的交流分量值将小于额定开断电流。仅考虑短路电流交流分量的校核结果偏于乐观,计及直流分量的校验结果更为苛刻,有利于尽早开展短路电流应对措施研究,最大限度消除电网运行风险,并为断路器选型提供理论参考。     

1000kV交流断路器开断电流的直流分量时间常数和零偏现象

为了确定特高压断路器短路开断电流的试验直流分量时间常数,依托本期和远期1000kV晋东南-南阳-荆门示范工程,采用EMTP程序模拟计算方法,研究了影响示范工程断路器直流分量衰减时间常数和零偏现象的因素;提出了将模拟计算的直流时间常数折算至断路器试验值的计算公式;统计分析出远期示范工程三相短路直流分量时间常数折算后最长为112ms,因此建议我国特高压断路器直流分量衰减时间常数可选120ms,并得到示范工程采用。特高压断路器开断时间内电流产生零偏现象有接地短路故障、合空线、并网前单相接地和合空变4种工况,这4种工况都不会损坏断路器,可不采取装分闸电阻的应对措施。     

1100kV63kA断路器通过T100a短路开断试验

日前,西安西电开关电气有限公司为特高压后续工程研制的1100kV GIS用断路器,在国家高压电器质量监督检验中心（西安高压电器研究院）成功通过了方式T100a短路开断试验,即非对称条件下、满容量63kA短路电流开断,直流分量时间常数达到120ms。特高压建设部组织中国电科院和国内专家对试验进行了全程见证。     

特高压交直流接入对江西电网短路电流的影响研究

详细分析了特高压交直流接入后江西电网短路电流水平,研究了目前应用最广泛的短路电流限制措施。对江西电网短路电流交流分量达到开断遮断电流90%的节点进行直流分量衰减时间常数计算,研究了江西电网短路电流直流分量对断路器开断能力的影响。分析了江西电网短路电流增加的原因,并提出了应对短路电流超标问题的措施和方法。研究结果为未来2-3年特高压交直流将接入江西电网的规划提供理论依据和技术支持。     

特高压配套750kV线路重合闸过程的短路电流直流分量对系统稳定性影响分析

针对特高压直流外送型电网直流分量对系统稳定性的影响问题,分析了特高压配套线路短路故障后,在不同重合闸方式下断路器重合于永久故障后,短路电流直流分量对其开断能力的影响。利用电力系统分析综合程序PSASP,计算特高压系统中重合闸过程短路电流直流分量衰减时间常数,校核直流输送功率与火电开机不同方式下系统稳定性及短路电流因子。最后校验了短路电流是否满足遮断容量,提出重合闸方式及时间整定的推荐值,并建议典型电网需通过专题研究校核断路器重合闸方式和时间。     

断路器短路电流开断能力评估

电网的发展使得电网中X/R值越来越大,导致发生短路故障时短路电流直流分量的衰减越来越慢,使断路器开断短路电流的能力下降。通过给出利用短路电流全电流计算短路电流直流分量及其衰减时间常数的方法,利用包络线法求取短路电流直流分量,采用最小二乘法拟合直流分量衰减时间常数。算例中给出了断路器实际开断能力的仿真计算,为电网的安全稳定运行提供了指导。     

直流分量时间常数对断路器非对称开断性能影响分析

从短路电流的有效值、燃弧时差、电弧能量等方面分析了直流分量时间常数对断路器非对称电流开断性能的影响,给出了非对称短路计算模型及计算方法。结果表明直流分量时间常数越大,短路电流中直流分量越大且衰减越慢,燃弧时差越大,电弧能量越大,电流过零时di/dt降低,TRV参数亦有所降低,且非对称电流开断时,直流分量时间常数增大将导致断路器的开断条件变得苛刻。     

特高压变电站短路电流直流分量对接地网设计的影响

特高压变电站系统短路电流直流分量衰减时间常数较常规变电站大,使得短路电流中的直流分量衰减缓慢,从而影响接地网的设计。首先对衰减时间常数取值进行了研究,提出在接地设计时直流分量衰减时间常数应按150 ms考虑。在此基础上,采用公式计算和软件仿真方法研究了短路电流直流分量对接地网导体选择、人身安全校验及避雷器反击的影响。研究结果表明:当考虑直流分量时,接地导体截面将较不考虑直流分量时增加约20%,同时,由于故障入地电流中含有直流分量,使得地电位升高及电击机理不同,会导致等效电击电流增大1倍,大大增加运行人员触电危险。另外,直流分量导致的地电位升高还会增加站内低压避雷器反击概率,在极端情况下,10 kV低压避雷器反击时需要吸收的能量高达282 kJ,从而导致避雷器发生爆炸等严重事故。因此,在特高压变电站接地网设计时应充分考虑上述影响,根据可能出现的直流分量及其衰减时间改进接地网设计。     

区域电网电磁暂态等值及短路电流直流分量分析

西北电网电源接入密集、电压级差大,容易引起短路电流超标。但常规限流措施会增大短路电流直流分量的衰减时间,影响断路器的开断能力。文中针对我国西北某大级差、电源密集型电网,搭建了多节点复杂电网发生短路时电磁暂态的等值简化计算模型。在该模型的基础上研究了短路电流直流分量对断路器开断能力的影响,分析了直流分量衰减时间常数折算的方法,并在采取常规限流措施的基础上计算了加装电阻型超导限流器对超标厂站直流分量的抑制效果。结果表明：直流分量的衰减时间常数不能直接作为断路器选型的依据,需要将其折算至标准规定的试验基准值下;电阻型超导限流器可以有效地抑制加装位置附近回路的短路电流直流分量,加装后时间常数下降25%左右,但是对电气距离较远的厂站抑制作用较弱。文中的结论能为断路器的合理选型以及限流新技术的应用提供参考意义。     

特高压断路器的瞬态恢复电压研究

结合晋东南—南阳—荆门1 000 kV特高压试验示范工程，研究了交流1100 kV断路器瞬态问题中的断路器开断短路电流或失步解列后的瞬态恢复电压(transient recovery voltage，TRV)内容。在此基础上提出了我国交流1100 kV特高压断路器的工作条件建议，分析了特高压断路器TRV问题的前景。认为我国特高压电网断路器在不采用分闸电阻的条件下，可满足IEC断路器扩展标准和正在修订的我国电力行业断路器标准中对TRV的要求。     

特高压交流输电系统短路电流零点漂移影响因素分析及防治措施

在特高压输电系统中,当线路发生故障时,断路器动作会产生较高的瞬态过电压,其中直流分量部分可能会使故障电流出现零点漂移现象,使断路器灭弧室内燃弧时间延长,影响断路器的开断能力。为此,首先结合特高压示范工程,对影响零点漂移的因素进行了理论分析,并根据浙江北—上海西特高压输电线路,考虑断路器断开时的电弧模型,利用ATP/EMTP进行了仿真计算,得出:影响特高压零点漂移的因素有故障发生时刻、故障点的接地电阻大小、故障点的位置,以及负载电流的大小,其中负载电流的变化可能会引起长达2个周波以上较严重的零点漂移。最后总结出断路器串联50Ω的合闸电阻可有效减小短路电流首次过零时间。     

特高压交流变电站母线短路电流的影响因素分析

从特高压交流变电站高、中压侧母线等值自阻抗的组成要素出发,分析确定了特高压变电站母线短路电流的影响因素,给定了特高压变电站1 000 kV侧交流电网结构、特高压交流变电站主变压器以及500 kV侧交流电网结构对高压侧和中压侧母线短路电流影响的比重关系。分析结果表明,特高压交流变电站高压侧母线的短路电流主要受1 000 kV侧交流电网结构的影响,而中压侧母线短路电流主要受500 kV侧电网结构和特高压站主变压器的影响。研究结论可为特高压交流站近区电网限流措施的优化提供理论支撑。     

串联电抗器对电力系统短路电流特性影响的研究

合理配置串联电抗器可有效抑制系统短路电流,但同时也会对短路电流特性产生一定影响。结合电网接线和运行状态,研究了串抗配置对电力系统短路电流周期分量、直流分量、冲击电流以及短路电流零偏的影响,分析评估了串抗后断路器的开断及关合能力校核标准。研究结果表明:串抗值越大,短路电流越小,且其对串抗的灵敏度也越小。当母联串抗增大到一定值时,将可能产生零偏现象。安装串抗抑制短路电流时,建议考虑短路电流中直流分量的影响,采用短路全电流有效值作为校核对断路器开断能力的指标。     

System aspects of 1100 kV AC transmission technologies in Japan

This paper describes the system aspects of 1100 kV AC transmission technologies with the UHV transmission project in Japan. For realization of technical and economical optimization throughout the design of the transmission line and the substation, solutions for network problems and insulation coordination specific to UHV AC transmission systems were studied in Japan. They include fast multiphase reclosing systems by HSGS (High Speed Grounding Switch) and overvoltage control by the application of surge arresters and circuit breakers with closing/opening resistors. These sophisticated technologies provide highly reliable and economical 1100 kV substations and transmission lines. Copyright © 2009 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.