高压断路器选相开合技术的应用与展望

2018-06-17 239

本文转载自http://www.sohu.com/a/279892453_648206如有侵权请来电告知,以便删除。



高压断路器选相开合技术的应用与展望


胡新明1魏凤杰2陈慧欣1吴盛刚1

(1.甘肃电器科学研究院;2.天水市职业技术学校)

一、内容简介

本文主要论述高压断路器采用选相开合技术的原理以及在电网运行的多个领域中的实际应用,例如用于容性负载的并联电容器组和空载架空线的选相开合;用于感性负载的并联电抗器和空载变压器的选相开合等。文中还分析了选相开合系统的可靠性问题以及它的优势与经济因素。同时也指出了该项技术还存在的诸多技术难题需要进一步深入研究解决,如何将选相开合技术应用到短路故障开合领域,也是今后的发展方向。

二、主要内容

为了抑制系统设备所承受的暂态过程,通常采用三种主要的方法:投入合闸电阻、阻尼电阻和避雷器。虽然这些方法对减小暂态过程的影响是有效的,但也是不可靠或昂贵的,事实上,这并没有从根本上解决问题。采用选相开合技术可以避免或减小由于高压断路器操作引起的暂态过程的严重程度,主要是控制断路器开断或关合的时刻,以达到使电力系统中的元件承受最小负载的目的。

开关操作也能够以瞬时电压或电流波形临界点作为参照,在恰当的开合时刻动作,以减小开合暂态现象,这种方法称为选相开合(也有称同步开合或智能开合)。

选相分闸是用控制电流相位角来控制断路器的燃弧时间以使电力系统的元件承受最小负荷的技术。选相合闸是用控制关合或电流起始时刻的系统电压相位角以使系统的电器元件承受的负载最小。对选相开合而言,理想的断路器应具有以下特性:

1)动作时间稳定不变(即分合闸时间分散性很小)。

2)合闸过程中只要触头没有接触,其间隙的绝缘耐受特性是无穷大,因此不存在预击穿,关合时刻总是与合闸时刻相同。

3)在分闸过程中,最初开断后的复燃和重击穿概率为零。

选相开合技术应用的潜在优势取决于要开断电路的负载性质。这些优势包括单纯的技术因素,也包括应用成本和维护成本等重要的经济因素。已有大量选相负载开合得到发展和应用,报到最多的应用是并联电容器组和电抗器组的选相开合。另外还有变压器关合、线路关合或自动重合闸以及三极不同期断路器操作的联合选相分闸与合闸等方面的应用实例,目前,像电容器和电抗器投切中的选相开合已是常规应用,从理论上讲,几乎所有的开合工况都可应用选相开合的原理。

选相开合不仅要抑制开合暂态现象,而且要减小触头和灭弧室的磨损达到延长其电寿命、减少维护工作量。然而,负载开断对灭弧室而言并不是最重的负载,在断路器频繁开合负载的情况下,维护可能成为最重要的成本因素。例如用于电弧炉变压器的断路器每天可能操作20次,在这种情况下,选相负载开断的目标是降低维护费用,而不是抑制开合暂态现象。

选相故障开断的目标是脱扣指令的同步发出可以使断路器在选定的“最佳”燃弧时间下实现开断。对于特定的开断方式,控制断路器在接近其最短燃弧时间的情况下开断,与较长燃弧时间相比,能够减小灭弧室承受的电气负载与磨损。

选相故障开断在很大程度上是一个更加复杂的任务,存在很多烦琐的限制条件,因此,目前仅在试验室证明了其功能,而在常规商业产品迄今尚未实现。然而,随着用于控制和保护的数字化设备的快速进步,可以预见在未来几年里,选相开合技术将得到更加广泛的应用和发展。

选相开合系统的可靠性必须作为一个整体来考虑,即断路器、控制器、传感器和辅助装置。客观的说,当采用任何电子装置时,控制器自身都有发生故障的风险,与断路器自身的可靠性相比,控制器(电子设备)发生故障的可能更高,因此,组合的可靠性将由控制器的可靠性决定。

可以预料到,由于选相开合技术的应用,将使负载降低,也会相应降低这些设备的故障率,因此,从可靠性的角度出发,必须考虑包含各种元件的整个电网。

另外,还要考虑外部环境条件,因为控制器工作时,必须面对的环境条件不可能像室内计算机那样精细控制,至少,在断路器内的那些电子元件要暴露在苛刻的环境条件下,这是由当地气候、机械振动以及电磁场造成的。

如果控制器出现错误,开合操作应仍按非选相方式工作,故断路器仍必须满足标准,其基本职能应得到证明。而且,对于电力系统中的电容器、电抗器和变压器的保护来说,作为备份,传统措施仍需要。这就意味着断路器仍必须配置避雷器、限制涌流的电抗器等保护设备。

选相开合系统的可靠性是最重要的,另外故障后果也是特别重要的。在选相开合系统的技术规范中,应考虑到这些后果。

对于选相开合的每种应用,各种情况都会出现,所有情况都存在一定优势,但其影响程度取决于很多特定因素。

选相开合的优势包括:①降低重击穿概率;②减少暂态现象;③改善电能质量;④延长电力系统设备的寿命;⑤降低设备故障的风险;⑥增强断路器的性能;⑦减少触头和喷口磨损,可以增加断路器维修或更新的时间间隔;⑧取消合闸电阻和辅助灭弧室维修等。

三、结论

断路器在电网的各种工况下进行开合操作时,在某种程度上都会导致在电力系统中产生暂态响应,其暂态过程的严重程度,主要取决于开断或关合电路的时刻,通常该时刻是随机的,在某些重要的应用场合,随机的开合会导致严重的过电压或非常大的涌流。

采用选相开合技术,可以避免或减小电网运行中,由于高压断路器开合操作引起的暂态过程的严重程度,以达到使电力系统中的元件承受最小负载的目的。近年来,选相开合技术得到了广泛的应用,特别是在容性负载和小电感性负载的领域方面。在短路故障(感性大电流)开合领域,选相开合也是今后的发展方向。总之,选相开合技术在电力系统中,将成为必不可少的技术手段。

原文发表在《高压开关行业通讯》2018 年 第12期


《高压开关行业通讯》月刊

主  办: 中国电器工业协会高压开关分会

西安高压电器研究院

主任委员: 元复兴

主  编: 周小中

副主编: 朱 沛

责任编辑: 陈 英 马小林

地  址: 西安市西二环北段18号

电  话: 029-84225661