真空断路器讲座：第二讲 真空间隙的绝缘特性

真空断路器处于合闸位置时,其对地绝缘由支持绝缘子承受,一旦真空断路器所连接的线路发生永久接地故障,断路器动作跳闸后,接地故障点又未被清除,则有电母线的对地绝缘亦要由该断路器断口的真空间隙承受;各种故障开断时,断口一对触子间的真空绝缘间隙要耐受各种恢复电压的作用而不发生击穿。因此,真空间隙的绝缘特性成为提高灭弧室断口电压,使单断口真空断路器向高电压等级发展的主要研究课题。     

新型126kV高压真空断路器的设计及开断能力试验研究

针对真空开关技术在126kV高电压等级应用的问题,提出了一种新型的126 kV高压真空断路器的设计方法。基本思想是采用双断口模式,设计了断路器的断口布置,使断口电压均匀分布,从而无需加装均压电容,避免传统方法中因均压电容的增加带来的隐患;根据断口布置,确定断路器的运动系统,利用虚拟样机软件ADAMS确定了优化结果;针对该新型断路器的开断能力测试,搭建了合成试验回路,经过一系列的试验,证实了新型的126 kV高压真空断路器具有31.5kA短路电流开断能力,表明该126kV高压真空断路器的设计不仅可行,而且新颖有效。     

双断口直流真空断路器延时开断仿真分析与实验

以30kV双断串联口直流真空断路器为研究对象,建立换流回路拓扑结构,采用连续过渡模型,考虑换流回路元件参数的影响,提出非同步下短路电流及暂态恢复电压计算模型,分析同步以及不同延时时间下(0.1～0.5ms)双断口直流真空断路器开断特性与暂态恢复电压分布差异。搭建机械式双断口直流真空断路器样机实验平台,在4.5kA短路开断电流下进行延时开断实验分析。仿真与实验比对分析的结果表明:由于机构分散性导致双断口直流真空断路器中的某一断口动作延时时,两个断口的暂态恢复电压分布存在差异;断口间暂态恢复电压分配不均,先动作的断口承受更高电压;延时时间0.5ms是成功开断的极限时间;延时时间越长,开断性能越劣化。     

具有串并联结构的模块化多断口真空断路器静动态电压分布特性

为向基于光控模块的多断口真空断路器的静态、动态绝缘特性设计提供参考,建立三维有限元分析模型,计算126 kV U型布置的三断口真空断路器的静态电位分布和真空灭弧室内部的电场分布。利用110 kV振荡型合成试验回路,进行低电压、小电流三断口串联断路器样机的开断试验,测量三断口的瞬态恢复电压分布。计算和试验结果表明:三断口真空断路器的静态和动态电压分布不均匀,高压端断口的静态分压超过65%,串联样机进行试验时底部可以不安装支架;高压端断口的动态分压(瞬态恢复电压峰值)超过60%,1 000 pF均压电容可以满足低电压、小电流开断均压要求,高电压、大电流开断情况需进一步验证。     

提高断路器真空灭弧室绝缘耐受能力的措施及其维护

0 引言 柴油发电厂使用最多的就是断路器.当真空断路器处于合闸位置时,其对地绝缘由支持绝缘子承受,一旦真空断路器所连接的线路发生永久接地故障,断路器动作跳闸后,接地故障点又未被清除,则有电母线的对地绝缘也要由该断路器断口的真空间隙承受.各种故障开断时,断口一对触子间的真空绝缘也要耐受各种恢复电压的作用而不发生击穿.     

并联电容对发电机断路器暂态恢复电压TRV的影响研究

发电机断路器开断短路故障电流后,断口间的暂态恢复电压(TRV)具有上升率高、时延短和振幅系数大的特点。因此,电流过零开断后发电机断路器断口间将承受非常严酷的热应力,容易发生电弧复燃,从而导致短路故障开断失败。为此,笔者通过仿真计算与分析并联电容对发电机断路器开断系统源故障、失步故障后断口间TRV的影响,仿真结果表明并联电容可以有效地降低TRV的上升率RRRV。最后,通过额定电压24 kV、额定短路开断电流160 k A的发电机断路器(型号为ZHN10-24/Y25000-160)开断系统源故障、失步故障的数据结果说明了理论分析和实际结果相一致。     

双断口真空断路器开断速度对电压分布的影响

多断口真空间隙串联可以充分发挥真空短间隙绝缘恢复速度快、低碳环保等优点,但存在断口电压分布不均的问题,在断口两端并联过大的均压电容会增加弧后电流,限制双断口真空开关的开断能力。该文旨在寻找一种自均压方式,减少均压电容的使用。研究了双断口串联真空间隙两组触头在相同的真空环境下,燃弧期间开断速度对电压分布的影响机理。设计了双断口可拆式真空灭弧室,采用Maxwell电磁仿真软件,对静态情况下的电压分布进行了仿真。搭建了单腔体双断口真空断路器合成回路实验平台,对双断口相同速度和不同速度开断过程的断口电压分布进行了实验研究。实验结果表明,改变开断速度能改善高双断口真空断路器电压分布均匀性,为提高双断口真空断路器开断能力提供了借鉴。     

不同灭弧室串联的双断口真空断路器分压特性研究

文中针对不同灭弧室串联构成的双断口真空断路器电压分布特性展开研究,旨在实现双断口真空断路器的自均压和最大开断能力。基于Ansoft仿真软件,建立了不同结构的12 kV真空灭弧室串联构成的双断口真空断路器电场分析模型,分析了每种组合的电压分布情况并计算了等效电容参数,通过双断口真空断路器等值电路分析了不同灭弧室串联组合的自均压效果。然后搭建了高频分压试验平台,进行了不同灭弧室构成的双断口真空断路器分压试验试验,得到了不同组合方式下的电压分布特性。结果表明:在无均压电容的条件下,通过不同灭弧室的合理组合可改善电压分布情况,获得较好的自均压效果,以提高双断口真空断路器的开断能力。文中的研究工作为减小均压电容和提高双断口真空断路器的开断能力奠定了基础。     

500 kV快速开关型故障限流器的罐式快速开关

快速开关型故障限流器是有效限制短路电流的方案之一。该研究提出一种适用于500 kV故障限流器的多断口串联罐式快速开关，该开关采用气体绝缘金属封闭式结构，断口采用真空绝缘形式。操作机构采用电磁斥力机构，开展三维有限元仿真优化有效提升斥力机构的出力效率，平均分闸速度>5m/s。对地绝缘方面，开展了断口绝缘屏蔽结构的电场仿真优化机绝缘试验，结构优化后场强最大为18k V/mm。端间绝缘方面，开展了整机的杂散电容仿真、均压效果仿真与试验验证，通过配置均压电容不均压系数限制在1.24以下。最后搭建整机样机，进行了短路开断试验，试验结果表明：罐式快速开关具备快速开断50 kA电流的能力，全开断时间小于15 ms。     

500kV断路器断口并联电容器分析

断路器断口并联电容器,用以改善断口上的电压分布及提高断路器的开断容量及绝缘耐压水平。本文介绍了选择500kV双断口断路器并联电容器的额定电压和并联电容器前后电压分布情况。     

±10kV直流配网用混合式中压直流断路器拓扑设计与试验

为解决±10 kV柔性直流配电网发生短路时故障电流大,开断短路电流困难的问题,提出一款±10 kV混合式中压直流断路器拓扑方案.利用PSCAD/EMTDC软件对该直流断路器拓扑进行仿真.仿真结果表明:当系统发生短路时,直流断路器能够在2.54 ms(《3 ms)时间内分断2.5 kA短路电流,转移支路中承压绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)两端最大电压约为17.5 kV,同时研究了RC回路中不同R值(1 Ω,5 Ω,10 Ω)对系统电压振荡波形的影响,R取值越大振荡时间越小;同时理论推导了直流断路器分断过程中的电气应力暂态方程.最后基于所提出的拓扑结构研制了±10 kV直流断路器样机,搭建试验平台对直流断路器开展分断试验.试验结果表明:该款±10 kV直流断路器能够在3 ms内双向(正向和反向)开断100A小电流和2.5 kA短路大电流,试验结果与仿真结果保持一致.     

“十一五”电力电网建设与高压开关设备（二）

自主研发成功800kV双断口和550kV单断口SF6断路器西开电气自主开发的800kV高压SF6(双断口)罐式断路器和550kVSF6(单断口)罐式断路器,被评为2005年高压开关行业十件大事之一。该公司生产的高压SF6断路器,电压等级从126～800kV,额定电流至4000A,短路开断电流800kV断路器达到50kA,     

基于低能量直流的真空断路器短路开断能力评估

针对目前真空断路器无法在现场进行短路开断能力评估的问题,提出一种利用低能量直流对真空断路器短路开断能力的评估方法。首先分析真空断路器的基本结构和电弧开断原理,得出工程实践中真空断路器开断故障电流失败的原因;其次使用小容量直流高电压、直流大电流模拟真实情况,在断路器触头间注入可控的直流电流和直流电压,通过检测断路器分闸过程电气量变化时间来评估断路器的极限开断能力。对安徽某变电站VS1-12真空断路器进行现场测试,结果表明低能量直流法能有效评估真空断路器短路开断能力,适合现场对断路器短路开断能力的筛查评估。     

城市轨道交通1 800 V高速混合式直流断路器研制

为解决城市轨道交通直流牵引系统短路故障电流上升率高、短路峰值大、难以快速开断的问题,设计了1800 V/10 kA高速混合式直流断路器,并提出了其高速开断策略。高速混合式直流断路器整体方案选用零电压型混合式直流断路器拓扑结构,采用快速斥力机构提升断路器响应速度,重点对真空电弧电流转移特性、真空短间隙介质恢复特性与绝缘栅双极型晶体管(IGBT)短脉冲开断裕量等关键基础特性进行研究,得到上述关键特点的影响规律,基于此提出了混合式直流断路器高速开断策略和算法。研制了1800 V/10 kA高速混合式直流断路器,进行了初步实验验证,研究结果表明,高速开断策略可实现全分断时间小于2 ms,并通过理论推导得到IGBT短脉冲开断裕量可以达到5倍以上。     

500kV线路安装串联电抗器后断路器TRV分析

500kV输电线路安装串联电抗器后,断路器开断短路电流时产生的暂态恢复电压（TRV）较高,可能会导致断路器重燃而无法正常开断。文中以江苏500kV电网为对象,建立了断路器TRV仿真计算模型,研究石牌-常熟南线安装串抗后,出现单相接地故障时断路器的TRV,分析断路器断口两端的TRV是否满足超出了其绝缘水平,提出了相应的抑制措施,并通过仿真计算验证了措施的有效性。计算结果表明,石牌侧安装串抗后,其断路器TRV不符合标准要求,可在串抗两端并联35 n F以上的电容器有效抑制TRV的上升率。文中成果可为串抗及TRV防护措施在工程中的实际应用提供理论参考。     

模块化三断口真空断路器动态分压特性

为得到基于40.5kV光控模块单元的U型三断口真空断路器的动态分压特性,给合理选择均压措施提供参考,通过低压、小电流的合成开断试验测量了该断路器弧后瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)的分配特性。同时通过试验验证了串接大电容使均压电容兼作分压器用的TRV测量方法的有效性。而对大电流弧后三断口真空断路器的TRV分配特性,基于连续过渡模型在PSCAD/EMTDC中进行了仿真分析。试验和仿真结果表明:小电流开断时,TRV分配特性与静态电压分配特性相近,静态均压设计可满足小电流开断的要求;大电流开断条件下,各断口残余电荷参数的差异可能对TRV分配产生显著影响;进行动态均压设计时,需要考虑断口不同期可能导致的TRV分配不均匀程度增大的问题。     

126kV 3断口真空断路器的重燃特性

为分析126kV 3断口真空断路器(VCB)的重燃特性,建立了包含重燃判据的126kV 3断口真空断路器的暂态等值模型。仿真得到了承担瞬态恢复电压(TRV)较高的1个断口发生重燃时的电流波形,为实现重燃电流尽早过零熄灭,在均压电容支路串联一阻尼电阻,结果表明:阻尼电阻取为振荡与非振荡衰减临界值时效果最佳;仿真分析了有无均压电容时,非重燃和重燃断口分别出现的过高TRV和工频恢复电压(PFRV),为保证断路器可靠开断及保护重燃断口外绝缘,在各断口并联金属氧化物避雷器(MOA)来限制过电压,结果表明:在1000pF均压电容上并联参考电压约为50kV的MOA时限压效果较好,且能满足热稳定要求。研究成果可为126kV 3断口真空断路器合理选取动态均压措施提供一定的依据。     

日立公司制成55OkV、单断口SF_6断路器

<正> 据《日立评论》1993年报导,日立公司已制成550kV单断口落地罐式SF_6断路器,使10年前制成的550kV双断口SF_6断路器的断口数目减为一半.由于断口数目减少,提高了其可靠性,使SF_6绝缘设备小型化.这种断路器的特征如下:(1)立足于对SF_6气流和电场的分析结果,开发了开断特性的模拟技术,制成了不但能在开断输电线充电的小电流,而且也能在开断短路事故的大电流时皆能获得优良的绝缘恢复特性的新型喷嘴结构,使开断性能有     

开断容性负载对断路器的特殊要求

用断路器开断容性负载时 ,断路器断口间要承受极高的恢复电压 ,如某 5 0 0 k V换流站对交流滤波电容器组开断时的模拟计算结果表明 ,恢复电压的幅值 ,均超出断路器型式试验标准规定的恢复电压值。有些开断工况的断口恢复电压值 ,约为 1 0 %额定短路开断电流试验规定恢复电压值的 1 .3倍 ,可见按常规标准通过试验的断路器 ,有可能承受不住这种工况的操作在断路器断口间发生的恢复电压 ,从而导致开断失败。为说明这个特殊情况 ,我们先叙述正常负载开断时断路器断口间恢复电压的发展过程 ,再与容性负载的开断进行比较。1　断路器开断过程中断…     

基于单元化真空断路器串并联结构的大容量高压断路器设计方案

针对目前制造工艺的高压交流断路器参数水平不能满足日益增长的电网短路电流水平引起的保护要求,提出了一种基于单元化真空断路器串并联结构的大容量高压断路器设计方案。该断路器将40.5kV光控单元化真空断路器通过均压组件串联成为110kV的高压断路器,同时利用具有高耦合度、正常工作状态下能耗小的空心分裂电抗器,有效实现了自动均流和限流功能、集成控制、成倍增大断路器承受的额定电流以及短路电流能力。对该设计的工作原理进行了理论分析及仿真计算后试验验证了其可行性,因而在真空断路器领域开创了新的技术思路,在参数指标上达到了新的高度,迄今国内外尚未出现同时达到电压〉110kV、额定电流〉5kA、额定短路开断电流〉80kA的真空断路器。