高频涌流对真空灭弧室场致发射电流的影响研究

根据IEC相关标准,真空断路器投切背靠背电容器组实验需承受20 kA幅值、4 250 Hz频率的高频涌流。高频涌流会严重烧蚀真空灭弧室触头表面,导致开断过程中易发生重击穿现象,严重威胁电力系统安全运行。文中目标为研究工频电压下高频涌流对真空灭弧室场致发射电流的影响规律。实验选取4个相同7.2 kV真空灭弧室,分别关合10 kA和20 kA幅值涌流2次,每次关合高频涌流后,在1 mm定开距触头上施加工频电压并测量流经真空灭弧室的场致发射电流。实验结果表明,在触头上施加涌流的次数越多,涌流幅值越大,场致发射电流越大。工频电压下,场致发射电流具有不对称性。当外加电压超过临界电压值时,可以使场致发射电流显著增大。实验结果对探究容性电流投切弧后重击穿机理具有重要意义。     

真空断路器投切电容器组试验验证

为寻找真空断路器投切电容器组时发生爆炸的原因，在运行电网上进行了10kV真空断路器投切电容器组的试验，5组样机为不同批号和洁净度的真空灭弧室，将其安装于同一组真空断路器上投切同一组电容器组，通过分析试验结果，得到结论：爆炸原因是真空断路器投切电容器组时发生重击穿并产生较高的过电压；真空灭弧室内部洁净度是影响真空断路器投切电容器组重击穿率的重要因素；真空断路器在投运前进行50次以上的电气老练试验是必要的。     

Weibull分布在真空断路器容性关合预击穿特性研究中的应用

当前选相合闸技术在断路器的容性开合工况中应用越来越广泛,而预击穿开距的分散性严重制约着选相关合策略。文中的研究目标是采用熔铸法制备灭弧室触头的40.5 kV真空断路器在容性开合运行工况下的预击穿开距分布情况。试验中采用熔铸法制备的直径为50 mm的CuCr40触头作为试品,通过L-C振荡回路产生了幅值6.48 kA、频率207 Hz的关合涌流,考虑35 kV三相不接地系统中容性系数为1.4的情况,关合过程中的外施电压设为46.3 kV。试验结果表明,预击穿开距dpre的余补累积概率满足三参数Weibull分布,并且3只灭弧室试品总是发生预击穿的预击穿开距基本相同,均为约1.6~1.9 mm,而预击穿开距的分散性则各不相同,约为3.4~6.0 mm。这意味着随着关合操作次数的增加,灭弧室的预击穿开距分布会显著变化,因而对于在真空断路器进行容性开合时考虑采用选相合闸技术而言,预击穿开距的分布是至关重要的。     

40.5kV投切电容器组用双断口真空断路器的研究

针对40.5 k V真空断路器投切电容器组时重击穿概率高这一亟待解决的技术难题,利用串联断口技术实现电容器组电流开合,提出了40.5 k V双断口真空断路器的设计方案并进行了深入研究,以满足电力系统的要求。建立了由高频涌流振荡回路和工频振荡回路组成的容性电流开合试验回路,在试验样机上完成了多组背对背电容器组开合试验,表明双断口真空断路器可显著降低投切电容器组时的重击穿概率。采用合成试验方法对该样机进行了短路电流开合试验,表明双断口真空断路器具有足够的短路开断能力。为保证每个断口的工作负荷相近,对并联均压电容数值的选取进行了试验研究并确定了样机的优选值为400 p F。因此,文中提出的用于投切电容器组的40.5 k V双断口真空断路器设计方案是完全可行的。     

12 kV交流真空断路器柔性化投切电力电容器的设计与应用

正输配电网普遍使用12 kV交流真空断路器投切电力电容器进行无功补偿,以提高电网的功率因数,节能降损,改善电能质量。通用12 kV交流真空断路器投切电力电容器存在涌流、重燃、非保持破坏性放电(NSDD)[1]等问题。采用双断口投切电力电容器的交流真空断路器能提高真空断路器容性电流的开合能力及动态耐压水平,显著降低重击穿概率[2]。双断口技术增加了交流真空断路器的复杂性和成本,减少了投切电力电容器过程中的重燃与NSDD,对合闸涌流影响不     

三种CuCr触头材料对真空灭弧室投切背靠背电容器组性能的影响

为研究三种不同触头材料(真空熔渗CuCr50、真空熔铸CuCr40Te0.005、电弧熔炼CuCr50)对真空灭弧室投切背靠背电容器组性能的影响,将采用三种不同材料制备的触头各装配在三只相同的12kV等级真空灭弧室中,每只真空灭弧室经过80次背靠背电容器组合分操作,高频涌流设定为幅值8 kA、频率3.8 kHz。结果表明:真空熔渗CuCr50、真空熔铸CuCr40Te0.005以及电弧熔炼CuCr50的平均重击穿概率分别为6.7%、5.8%、8.3%,重击穿现象主要发生于恢复电压持续时间的1/4T与10T之间(T表示恢复电压周期20 ms);复燃现象多次出现,真空熔铸CuCr40Te0.005(1次)电弧熔炼CuCr50(9次)真空熔渗CuCr50(10次)。     

选相精度对容性关合涌流幅值影响的数值仿真分析

文章研究了真空断路器相控精度与容性关合涌流幅值及频率的数值关系。并基于PSCAD仿真模型,采用最小二乘拟合的方法,从工程应用角度给出了数值表达式。讨论了真空断路器容性分断不考虑重击穿条件下时断口过电压及电容器过电压情况;给出了真空断路器容性投切选相精度控制区间;提出了真空断路器容性关合角度应控制在超前目标合闸角角度区间内的观点。     

老炼方式对40.5kV真空灭弧室投切背对背电容器组的影响

为了降低真空灭弧室在投切背对背电容器组时的重燃率,文中采用试验的方法,研究了电压老炼、电流老炼和纳秒脉冲老炼对40.5 kV真空灭弧室投切背对背电容器组的影响,得出了老炼方式对40.5 kV真空灭弧室投切背对背电容器组的影响。纳秒脉冲老炼可以比较均匀的覆盖整个触头表面,而电压老炼和电流老炼只能覆盖触头表面的局部。纳秒脉冲老炼的真空灭弧室一次性通过投切背对背电容器组试验,电流老炼的真空灭弧室完成16次投切背对背电容器组试验后发生重燃,电压老炼的真空灭弧室完成一次投切背对背电容器组后300 ms发生重燃。     

智能相控断路器在35kV并联电容器投切中的应用

某500 kV变电站利用SF 6断路器投切35 kV并联电容器组时,连续发生2起串联电抗器设备故障,分析原因是在投切操作过程产生了较大的涌流及过电压,引起干式空心电抗器发生匝间短路故障,严重威胁系统的安全运行。为了避免此类故障的再次发生,提出采用适用于投切35 kV并联电容器组的智能相控断路器来抑制合闸涌流,降低分闸重燃概率。为验证智能相控断路器的有效性,首先分析了投切涌流及过电压产生的原因和相控开关技术的原理,然后将智能相控断路器应用于该500 kV变电站的35 kV无功补偿系统,并分别对智能断路器与普通断路器进行多次分合闸对比试验,试验结果表明:普通断路器随机投切电容器组产生的最大涌流为4.2(标幺值,下同),过电压为1.81;智能相控断路器投切电容器组产生的最大涌流为2.3,过电压为1.4。试验结果证实智能相控断路器的应用能够从源头抑制合闸涌流和过电压,提高无功投切效率和系统安全性。     

关合电容器组高频涌流对真空灭弧室绝缘特性的影响研究

研究发现单断口或者常规串联双断口真空断路器，无法有效提高电容器组开断参数、降低重击穿概率的原因为无法避免高频涌流电弧对触头表面的烧蚀破坏，从而导致断口绝缘强度大为降低。研究获得了高频涌流电弧烧蚀对真空断口绝缘强度和串联断口分压特性的影响规律；高频涌流电弧烧蚀对单个真空灭弧室和串联双真空断口绝缘强度的影响规律及串联断口的分压规律。实验结果表明，真空灭弧室受到涌流电弧烧蚀后场致发射电流大大增加，触头表面破坏越严重场致发射电流越大。触头都受到烧蚀后的串联双断口各自分压约50%，而未受烧蚀灭弧室与受烧蚀灭弧室的串联双断口，前者分压大于70%。以上研究成果可为提高断口绝缘强度、提升断路器电容器组开断参数及降低重击穿概率提供理论参考。     

真空断路器关合速度与预击穿对同步关合的影响研究

通过对真空灭弧室击穿电压的测量及电场强度的计算,拟合出了真空灭弧室在小间隙下的击穿电压与间隙的关系式.并结合配永磁机构的真空断路器关合时的动特性,对10kV系统与35kV系统的电容器组进行关合时,考虑到断路器合闸时间的分散性,在一定合闸速度下,确定了关合涌流为最小的最佳预期关合点.     

投切电容器组产生重击穿及NSDD过电压对电容器影响分析

针对真空断路器投切电容器组时发生的重击穿与NSDD所产生的过电压问题,通过对投切电容器组发生重击穿与NSDD典型波形分析,同时5年来真空断路器在投切电容器组的型式试验和老炼试验中发生的重击穿与NSDD次数统计,在中性点不接地系统中,NSDD发生次数远大于重击穿次数,发生重击穿与NSDD在电容器极间与真空断路器断口所产生的过电压基本是没有差异的。因此对NSDD的所产生对电容器的危害是不能忽略的。     

一起并联电容器分闸多次多相重击穿故障分析

在变电站补偿电容器损坏经常发生,特别是在使用真空断路器切除无功补偿用并联电容器时,这严重影响了并联电容器的安全运行。本文针对一起较为少见的并联电容器组分闸多次多相重击穿故障,结合故障录波数据及对故障电容器的解体检查,用ATPDraw仿真程序模拟了这一过程,分析认为电容器用真空断路器分闸时多次重击穿产生的过电压及涌流是电容器绝缘击穿故障的主要原因,降低投切电容器用真空断路器的重燃率对于减少并联电容器故障至关重要。     

12kV真空断路器投切并联电抗器合闸预击穿过电压的研究

12 kV真空断路器投切并联电抗器时可能会产生合闸预击穿现象,形成危险的过电压。为探明合闸预击穿产生过电压的情况和改进现有合闸仿真模型。笔者在运行电网上对一种型号的12 kV真空断路器合闸并联电抗器进行了一系列的现场试验研究,并对合闸预击穿暂态过程和现象进行了分析。结果显示:该型号真空断路器的合闸预击穿率高达50%,且合闸预击穿相对地过电压均可超过4.0 p.u.。统计得到其合闸操作不同期特性、预击穿暂态过程中断口间介质动态绝缘强度恢复曲线和高频电流熄弧特性,并在ATP-EMTP中搭建真空断路器合闸预击穿MODEL控制模型。考虑电缆三相间的寄生参数,对该型号真空断路器合闸并联电抗器进行三相仿真计算,与试验结果对比分析显示,仿真结果与试验结果基本一致。     

相控断路器投切10kV并联电容器的应用

近年来,变电站真空断路器投切10 k V并联电容器组时发生了多起断路器或电容器炸裂事故,在更换断路器和改善保护措施后,此类事故还是屡禁不止。为减少该工况下绝缘事故的发生,重庆市某110 k V变电站采用分相控制技术的永磁机构真空断路器来抑制投切电容器组时的合闸涌流和降低分闸重燃概率。相控断路器是抑制并联电容器合闸涌流与分闸过电压的重要措施之一。为了验证该技术的有效性,首先基于电路理论分析了合闸角对合闸涌流的影响以及分闸过电压机理,之后在重庆市某110 k V变电站针对某种型号相控断路器与普通真空断路器合(分)闸10 k V并联电容器进行了一系列的现场试验研究。试验结果表明:相控断路器的控制精度高(合(分)闸误差均在±0.3 ms以内);普通真空断路器的合闸涌流高达4.5倍额定电流,而相控断路器的合闸涌流均在2.4倍额定电流以下;控制分闸技术能够保证首开相的工频续流开断时断路器断口间有足够的开距,降低重燃发生的概率,从而提高系统运行的安全性与可靠性。     

真空断路器选相合闸空载变压器的试验研究

电力变压器是电网中至关重要的元件,并且是变电站中最昂贵的设备。如果空载时突然把变压器投入电网,由于变压器的非线性,在合闸瞬间会产生很大的励磁涌流,其幅值可达稳态时的几十倍或更高。通常励磁涌流的衰减速度要比短路电流的衰减速度更慢,在上述高幅值的励磁涌流下,很容易引起变压器差动保护装置误动、绕组机械应力增大以及电能质量降低等问题,而真空断路器的选相合闸能很好的解决这个问题。文中在某大功率试验站的6 kV网络试验回路上采用12 kV快速真空开关进行了空载变压器的合闸试验,试验中测量了真空断路器随机合闸、普通选相合闸和检测剩磁选相合闸空载变压器这3种情况下的励磁涌流,测得的涌流大小用于验证选相合闸的效果。试验结果表明与随机合闸相比,选相合闸能够显著减小励磁涌流,检测剩磁选相合闸与普通选相合闸相比更能显著减小励磁涌流,但是即使采用了检测剩磁选相合闸的方法,真空断路器的预击穿特性也对选相合闸效果存在影响。     

误合电容器引起事故扩大的原因分析

通过对电容器合闸涌流的计算、电容器熔丝重击穿和真空断路器发生重击穿的分析研究,解释一起由于误合故障电容器而引起10 kV电容器组熔断器“群爆”、真空断路器损坏的事故发生原因,进而提出选用优质真空断路器、自动投切电容器主站应具有闭锁回路、电容器的外熔丝选用性能较好的熔断器等,以避免此类事故重复发生.     

投切电容器组专用真空断路器性能研究

真空断路器切除并联电容器组时,如果发生重燃可引起较高的操作过电压,对电容器组等设备危害严重。降低真空断路器的重燃率是限制切除电容器组过电压的根本措施。笔者在分析研究真空断路器重燃机理的基础上,提出采用带串联电阻真空断路器的方法,通过限制合闸涌流和断口恢复电压的幅值,达到降低真空断路器切电容器组重燃率的目的。     

投切电容器组专用真空断路器性能研究

真空断路器切除并联电容器组时,如果发生重燃可引起较高的操作过电压,对电容器组等设备危害严重。降低真空断路器的重燃率是限制切除电容器组过电压的根本措施。笔者在分析研究真空断路器重燃机理的基础上,提出采用带串联电阻真空断路器的方法,通过限制合闸涌流和断口恢复电压的幅值,达到降低真空断路器切电容器组重燃率的目的。     

开合并联电容器装置真空断路器的验收和维护

正由于真空断路器具有体积小、灭弧性能好、寿命长、维护量小、使用安全、环保,特别是适用于频繁操作的特点,在并联电容器装置中普遍采用真空断路器来投切电容器组。开断电容器组发生重击穿时会产生高幅值的重击穿过电压,这将威胁装置和系统的安全,因此要求投切电容器组的真空断路器无重击穿(或低重击穿率)性能。但真空断路器在投切电容器组时不可能做到无重击穿,IEC62271-100:2012和GB 1984—2003《高压交流断