1、SF6高壓斷路器開斷短路電流的分析探討     1 引言目前SF6斷路器在系統(tǒng)中大量使用，SF6斷路器與以前的油斷路器相比，很重要的一個優(yōu)點(diǎn)就是滅弧機(jī)理的改進(jìn)，從而延長了使用壽命，減少了運(yùn)行檢修工作。    隨電力走向市場，對供電可靠性的要求越來越高，電氣設(shè)備的狀態(tài)檢修正逐步開展，對SF6高壓斷路器而言，許多廠家對密封、機(jī)構(gòu)傳動等機(jī)械壽命內(nèi)都可以做到免維護(hù)，確定高壓斷路器停電檢修或更換主要根據(jù)其開斷短路電流的次數(shù)。因此，在高壓斷路器設(shè)備的招標(biāo)中，斷路器開斷額定短路電流的次數(shù)已成為一個重要指標(biāo)。 2 SF6斷路器的主要滅弧形式

2、21 變開距滅弧結(jié)構(gòu)的主要形式近年來大量進(jìn)口和合資廠的斷路器引進(jìn)電力系統(tǒng)，主要有SIEMENS、ABB、ALSTOM、AEG公司的產(chǎn)品。這類斷路器都采用SF6作為絕緣介質(zhì)，絕大多數(shù)生產(chǎn)廠生產(chǎn)的110 kV及以上的斷路器滅弧室結(jié)構(gòu)采用的都是變開距滅弧結(jié)構(gòu)。其滅弧原理不外乎自能式、壓氣式、自能壓氣式三種形式。壓氣式建壓快，觸頭不易磨損，在開斷小電流時容易發(fā)生截流；自能式建壓慢，對電弧觸頭易燒損，開斷小電流時可靠性不高；自能壓氣式將兩種方式結(jié)合起來，開斷大電流用自能原理，開斷小電流用吹氣原理。另外國內(nèi)的一些斷路器生產(chǎn)廠也引進(jìn)國外技術(shù)開發(fā)了部分產(chǎn)品，如西安高壓開關(guān)廠的LW14（15）、平頂山高壓開關(guān)廠

3、的LW6等型號斷路器。 請登陸:高壓開關(guān)網(wǎng) 瀏覽更多信息 22 SIEMENS定開距滅弧結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) IEMENS公司生產(chǎn)的220 kV及以上斷路器的滅弧室結(jié)構(gòu)采用的是定開距壓氣式雙向內(nèi)噴射滅弧原理。兩個配置有耐弧的石墨觸頭的靜觸頭固定不動，由連桿帶動引弧部位鑲有引弧石墨園環(huán)的橋式動觸頭運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)斷路器的分合閘。定開距滅弧室的石墨噴嘴是其主要特點(diǎn)，加工精確，電場均勻，耐弧性能極好，從而延長了電壽命。目前SIEMENS也已開始生產(chǎn)220 kV變開距滅弧原理的斷路器。 3 短路開斷試驗(yàn)斷路器的短路開斷試驗(yàn)必須要有大容量的電源，即在短時間內(nèi)能提供相當(dāng)于電力系統(tǒng)短路時那樣大的容量。當(dāng)斷路器的額定參數(shù)提高

4、后，由于受試驗(yàn)水平和條件的限制，即使選擇合成試驗(yàn)的方法（試驗(yàn)時用兩個電源，一個供給電流，另一個供給電壓）也難以滿足試驗(yàn)要求，必須選擇合理有效的試驗(yàn)方法。目前國內(nèi)斷路器的開斷試驗(yàn)由整體試驗(yàn)、單相試驗(yàn)和單元試驗(yàn)三種方式。整體試驗(yàn)是在組裝完整的三相斷路器上按照斷路器規(guī)定的額定電壓和額定短路開斷電流進(jìn)行三相試驗(yàn)。這種試驗(yàn)最接近于實(shí)際開斷情況，考核產(chǎn)品的性能最真實(shí)。但要求的試驗(yàn)容量和斷路器的額定短路開斷容量相等，試投資相當(dāng)大，對于大容量斷路器幾乎不可能。一般整體實(shí)驗(yàn)僅限于35 kV及以下，額定開斷電流315kA及以下的斷路器。      對于110 kV及以上的斷

5、路器都采用單相試驗(yàn)的方法，若斷路器的額定電壓為U，額定短路開斷電流為Is，整體試驗(yàn)要求的容量為P=3UIs，單相試驗(yàn)時考慮首開相系數(shù)13，因而試驗(yàn)設(shè)備的容量P1=1.3UP IS=1.3U/3×IS=0.43P。因此各相分裝的三相斷路器絕大部分用單相試驗(yàn)來考核斷路器的開斷能力。過去大量使用的SW6、SW2等型號斷路器的額定短路開斷都能考核到每一相。如西高廠的SW6說明書中明確不經(jīng)任何檢修，SW6能連續(xù)13次開斷額定短路電流，我們的理解就是每一相都能開斷13次額定短路電流。4 SF6斷路器的短路開斷次數(shù)分析41 變開距滅弧結(jié)構(gòu)斷路器的短路開斷次數(shù)斷路器開斷短路電流次數(shù)是決定斷路器是否進(jìn)

6、行檢修的主要依據(jù)，一般在SF6斷路器的標(biāo)書中要求短路開斷次數(shù)20次以保證一定的免維護(hù)使用期。這里存在一個問題，幾乎所有的生產(chǎn)廠在投標(biāo)文件中都承諾短路開斷次數(shù)20次，但查閱它們的短路開斷次數(shù)與開斷電流的關(guān)系曲線，除了SIEMENS采用定開距結(jié)構(gòu)的斷路器外，均達(dá)不到20次的要求。如SIEMENS的110 kV 3AP1FG型，額定短路開斷電流為40 kV，曲線反映滿容量開斷次數(shù)為17次；AEG公司110 kVS1123 F13131型，額定短路開斷電流為315 kV，曲線反映滿容量開斷次數(shù)為15次；ALSTOM的220 kV的FXT14F型，額定短路開斷電流為40 kV，曲線反映滿容量開斷次數(shù)為1

7、0次；SIEMENS的220 kV的3AP1FI型，額定短路開斷電流為50 kV，曲線反映滿容量開斷次數(shù)僅為6次。國內(nèi)廠家一般不提供曲線，如西高廠在LW15型斷路器說明書中間接提到推薦的主觸頭檢修周期為額定短路電流開斷約20次。 請登陸:高壓開關(guān)網(wǎng) 瀏覽更多信息 為什么會這樣呢？應(yīng)該說用戶在招標(biāo)文件中提到的要求斷路器短路電流開斷次數(shù)20次的指標(biāo)，是按單相考核的，因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)說明110 kV以上斷路器的開斷試驗(yàn)是分相進(jìn)行的。而生產(chǎn)廠的解釋是高壓系統(tǒng)接地故障為主要故障，從概率上講單相能開斷7次，三相就能開斷20次以上，實(shí)際上每相滿容量開斷20次是達(dá)不到的。從世界上目前的斷路器結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝水平來看

8、，變開距自能壓氣滅弧斷路器，220 kV的滿容量開斷不大于10次，110 kV的不大于20次。 42 定開距滅弧結(jié)構(gòu)斷路器短路開斷次數(shù) SIEMENS的定開距壓氣滅弧斷路器確實(shí)能達(dá)到額定短路開斷20次的要求，其220 kV的3AQ1EE斷路器額定短路開斷電流50 kV的可以滿容量開斷20次，40 kV的可以開斷25次。但也有利有弊：定開距滅弧室斷口的絕緣裕度比變開距結(jié)構(gòu)?。粚?dǎo)電觸頭和石墨弧觸頭連在一起，導(dǎo)電觸頭容易受電弧影響；操作功大，對機(jī)構(gòu)要求高，一般采用液壓機(jī)構(gòu)才能滿足要求；運(yùn)動及傳動部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對設(shè)計和安裝工藝要求高；價格較高。變開距自能壓氣滅弧斷路器利用短路電流中的能量去加熱SF

9、6氣體，遮斷短路電流所需工作壓力并非來自斷路器的操作機(jī)構(gòu)，這樣操作機(jī)構(gòu)就可以設(shè)計成特別簡單可靠，即采用彈簧機(jī)構(gòu)或液壓彈簧機(jī)構(gòu)。           5 SF6斷路器短路開斷次數(shù)的選擇和建議 51 短路開斷電流的分析 DLT6151997標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的交流高壓斷路器額定參數(shù)中，額定短路開斷電流是指額定短路電流中交流分量的有效值。而通常我們認(rèn)為額定短路開斷電流表征的是斷路器在端部短路下的開斷能力，它由兩部分合成：交流分量有效值和直流分量百分?jǐn)?shù)。通常系統(tǒng)短路電流中的直流分量衰減時間常數(shù)為45 ms，而斷路器的實(shí)際開斷電流值指

10、斷路器動作后在觸頭分離瞬間的三相短路電流值，并不是短路后0s的數(shù)值，因?yàn)楝F(xiàn)代高壓、超高壓的斷路器分閘時間都很短，一般在004 s，計及電弧燃燒時間，繼電保護(hù)動作時間，觸頭分離瞬間已是短路發(fā)生之后的00801 s，此時短路電流已有一定的衰減。當(dāng)斷路器安裝處在電氣上與發(fā)電機(jī)足夠遠(yuǎn)時，短路電流中交流電流的衰減可以忽略。所以選用斷路器時，其額定短路開斷電流不小于安裝處的系統(tǒng)短路電流有效值就可以了。    52 設(shè)備招標(biāo)文件對開斷次數(shù)的提法首先標(biāo)書上提的要求應(yīng)嚴(yán)格明確、符合實(shí)際。額定短路電流開斷次數(shù)指明是單相開斷次數(shù)，因?yàn)樘崛嚅_斷次數(shù)概念不清，可理解為三相短路開斷數(shù)，也可

11、理解為3個單相的開斷數(shù)累計。對開斷短路電流315 kA或40 kA的110 kV斷路器，目前都達(dá)不到20次單相開斷的要求，可以提出單相開斷15次的要求。220 kV的開關(guān)如果提20次，目前能做到的也只有SIEMENS一家，對于招標(biāo)也無意義，也要修改，可以將50 kA的定為6次，40 kA的定為10次較為適宜。 53 斷路器額定短路開斷次數(shù)的合理選擇我國1993年版的城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則中明確規(guī)定為了取得合理經(jīng)濟(jì)效益，城市各級電壓的短路容量應(yīng)該從網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、變壓器的容量、阻抗的選擇、運(yùn)行方式等方面進(jìn)行控制，使各級電壓斷路器的開斷電流以及設(shè)備的動熱穩(wěn)定電流得到配合，通常220 kV斷路器選擇40

12、 kA，110 kV斷路器選擇315 kA或40 kA。實(shí)際上除極個別500 kV變電所的220 kV母線，大部分220 kV母線短路容量遠(yuǎn)小于40 kA。另一方面，SF6斷路器短路開斷次數(shù)與短路開斷電流關(guān)系基本符合nI2=C公式，即短路開斷次數(shù)與短路開斷電流的平方成反比。例如我局220kV聞堰變220母線短路容量為9804MVA，約25.7kA，所用斷路器為40 kA的LW15型，按照生產(chǎn)廠提供的約20 kA次的開斷數(shù)，單相開斷約7次。則斷路器近區(qū)可開斷次數(shù)均為n7×40 2257 2169。因此對220 kV斷路器的選擇要實(shí)事求是，短路開斷次數(shù)固然重要但不必刻意追求，只要滿足運(yùn)行

13、要求即可。變開距結(jié)構(gòu)的斷路器雖然開斷次數(shù)不及定開距結(jié)構(gòu)斷路器，但機(jī)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)輕巧、運(yùn)行維護(hù)工作少、價格便宜，也是較好的選擇。目前110kV斷路器本身滿容量開斷一般可達(dá)到15次以上，而且額定短路開斷電流與110系統(tǒng)短路電流相比有較大的裕度。完全滿足運(yùn)行要求。如選擇315 kA開斷次數(shù)為15次的斷路器在20 kA系統(tǒng)中運(yùn)行，按照公式計算，近區(qū)開斷次數(shù)可達(dá)到37次，壽命期內(nèi)可以做到免維護(hù)。     54 斷路器短路開斷的運(yùn)行統(tǒng)計平時運(yùn)行工作中對開斷短路的統(tǒng)計也要全面仔細(xì)?，F(xiàn)在220 kV變電所都有故障錄波器，而且微機(jī)保護(hù)大量采用，斷路器本身也有動作計數(shù)器，為基礎(chǔ)統(tǒng)計創(chuàng)造了條件。一般線路故障可以確定相間還是單相，短路電流的數(shù)量。這些