交流滤波器断路器并联避雷器的容性电流开断方法技术

提出了在断路器两端并联避雷器，以限制开断容性电流时断路器断口两端的恢复电压的技术方案。材料中以换流站交流断路器开断交流滤波器等无功补偿装置为例进行了说明，该方案也可应用于断路器开断其他无功补偿设备、空载架空线或空载电缆等容性电流，适用于５００ｋＶ及以下各个电压等级。研究认为，采用该方案，合理选择并联避雷器参数，可以有效限制断开容性电流时断路器断口两端的恢复电压，避雷器能耗水平可以接受，避雷器布置可行，相对于其他方式，简单易行，性能和经济上都有优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及限制断路器开断容性电流下断口两端的恢复电压的方法。
技术介绍
断路器开断容性电流产生暂态恢复电压，对断路器开断速度的配合和容性电流大小有较高要求，给断路器制造带来困难，目前对断路器开断能力进行试验很困难。直流输电系统存在较为严重的工况需要交流滤波器断路器(大组/小组)在过电压情况下开断，以往的措施包括提高断路器刚分时触头间的介质恢复强度、配备高一级电压的断口或者在断路器两端装设对地避雷器。当交流断路器开断无功补偿设备、空载架空线或空载电缆等容性电流时，断路器中流过的是数值不过数百安培的小幅值电容性电流。开断小电流时，当电弧熄灭时触头开距尚短，而此时恢复电压又极高，因此极易引起电弧重燃，就有可能产生危险的过电压。小电容电流开断已成为超高压断路器最苛刻的开断条件之一，受到人们的高度重视。图1是分析切断电容器C时所用等效电路。图中u＝Umaxsin ωt，流过回路的电流i＝Imaxcos ωt(式中Imax=UmaxZ,]]>Z=(ωL-1ωC)≅1ωC)]]>在t1时刻，i过零，断路器开断，此时C上瞬时电压值为Uce=Imax·1ωC≅Umax,]]>L上电压近似为零，所以电容C上电压不变Uce＝Umax不变，但电源电压仍按工频变化，经过半周到t2时刻，电源电压达到反向最大，在此时，触头间电压值为uj＝-Umax-uc0＝-2Umax，在t2时刻，触头间介质强度小于或等于2Umax，则间隙击穿，电弧重燃，在线路中由分布参数产生高频振荡，形成高频电流i＝-2Umaxω0C sin ω0t(从t2时刻开始)，电容C上电压为 uc=1C∫idt=2Umaxcosω0t-Umax=Umax(2cosω0t-1)]]>式中ω0=1LC]]>(回路固有频率)在t2时刻之后，经过 时间，高频电流过零，此时高频电流被切断，则电容上电压为uc＝Umax(2cosπ-1)＝-3Umax此时C上电压值维持不变，电源电压又经过半波达到Umax，则t3时刻触头间电压为4Umax，间隙又击穿重燃，则又产生高频振荡，且振荡电流过零之后，电流又切断，在电容上电压可能出现5Umax。所以在切断电容负荷时，断路器切断电流能力越弱，越容易产生重击穿而重燃，过电压的倍数越高。由于触头间距在开断过程中是不断增加的，因此，介质强度不断增大，当介质恢复强度超过电压增加速度时，重击穿现象中止，完全切断。所以，对开断电容负荷，一般过电压不会超过3Umax。(实际上，受断路器断口绝缘恢复强度的限制和断路器熄弧、重燃的随机性，以及泄露或各种损耗的存在，过电压将低于上述分析的数值)切电容器组时，电弧电流过零时，恢复电压达到峰值，此时可能熄弧，也可能因为断路器的介质恢复强度不够，断口间发生重燃，多次重燃后过电压按3，5，7倍上升(理论值)，由于能量的积聚，从而威胁设备绝缘，加速了电容器绝缘老化的积累效应，并且有导致开关发生爆炸的危险。加拿大有论文曾报道多台因重燃导致的开关故障。目前国内的试验室(西高所)可以做800A的切电容器组试验，如果进行更大电流的试验，存在困难。问题主要在于1、合成回路的试验变压器容量不足；2、试验时引起的过电压对试验回路设备提出了更高的要求。平高电气曾在KEMA进行试验，开断500A容性电流的情况下实测到1050kV的恢复过电压。在切断电容负荷时，如果分闸速度提高，可以增加触头拉开的速度，可提高触头间的介质强度，减少发生重击穿，在这种场合，可将分闸速度调得高些。直流输电系统运行时，无论是整流器还是逆变器都要消耗一定的无功功率。通常，在额定负荷运行时，换流器消耗的无功功率可达额定输送功率的40％～60％，故换流站需投入大量无功功率补偿容量。换流站装设的容性无功功率补偿设备包括交流滤波器和并联电容器，通常把它们分成若干小组，根据输送的直流功率大小，通过交流断路器适当投切滤波器小组或电容器小组，实现对换流站无功功率的控制。一般换流站有几个甚至十几个小组，通过一定的组合方式将它们纳入几个大组，接入到交流场串中，由交流场开关控制。在正常情况下，大组开关要在全部小组开关断开之后断开。因而，直流换流站的交流滤波器断路器面临着同样的技术问题。但是，也存在着一些自身的特点其一，由于滤波的需要，直流换流站内交流滤波器的类型有滤除特征频次的11/13或12/24次等双调谐滤波器，也有从背景谐波和非特征谐波考虑，采用3次谐波滤波器，还有并联电容器组。各种容性无功补偿设备滤波器运行时，高压电容器上的电压不完全相同，3次滤波器电容上的电压相对要高一些。同时，直流运行时产生的交流谐波使得流过滤波器的电流中不仅仅是工频量，还含有大量的谐波充分，断路器开断电流波形存在严重畸变。其二，在双极紧急停运下，无功补偿设备退出前在交流母线上会出现较高的工频过电压，在弱系统条件下过电压更严重。对于交流系统故障条件下，在故障清除后，弱系统下由于电网结构变化，可能引起系统谐振，这是应当考虑的最严重情况。其三，交流滤波器大组和小组滤波器需要断开的容性电流水平不同，对于国内直流换流站来说，目前500kV换流站最大无功补偿小组容量为政平站交流滤波器220Mvar，在额定电压下，容性电流为242A；最大大组容量为两组220Mvar的交流滤波器加上一组190Mvar的并联电容器，共630Mvar，额定电压下运行电流约693A。因此交流滤波器小组断路器和大组断路器开断容性电流及开断过程中的恢复电压成为了对断路器重要的要求指标。由于开断容性电流时的恢复电压在设备出厂前、现场调试前难以进行试验验证，根据计算分析的结果，往往采用以下方法 1)提高断路器刚分时触头间的介质恢复强度，以避免重燃。这是限制开断电容负载过电压的根本措施，超高压断路器已基本上做到了开断空载线路不重燃，但35kV及以下系统开断电容器的断路器还时有重燃发生，开断电容负载的特性还需进一步提高。2)采用高一电压等级的断路器断口，如灵宝背靠背直流工程330kV侧交流滤波器断路器，就均采用了500kV断路器的断口。3)采用金属氧化物避雷器，在交流滤波器断路器的母线和断路器电容侧均有对地避雷器保护，断路器滤波器侧的避雷器保护水平比母线侧略高一个等级，以避免承担操作能量，如龙泉、荆州站和灵宝HP3交流滤波器。电容侧避雷器与母线避雷器配合，保护小组开关，通过避雷器的能量与电容器组的容量紧密相关，随着电容器组容量的增大，要求避雷器的通流能力也要增大，避雷器参数通常通过计算分析来确定。从运行情况看，这些方法均能达到一定的效果，但是这几种方法还不能完全解决上述各种情况下开断容性电流的所有问题，包括大容性电流的开断等，对断路器耐受开断时的恢复电压水平较高。
技术实现思路
本专利技术提出，采用在交流断路器两端直接并联避雷器的办法直接限制开断容性电流过程中的恢复过电压，使得采用常规断路器就可以保证在上述描述的最严重系统条件下，换流站大组、小组容性设备均能够可靠地断开。附图说明图1是分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开断容性电流的方法，采用断路器执行开断操作，其特征在于：在断路器两端并联避雷器。

【技术特征摘要】
1.一种开断容性电流的方法，采用断路器执行开断操作，其特征在于在断路器两端并联避雷器。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述容性电流可以是无功补偿设备、空载架空线或者空载电缆的容性电流。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述无功补偿设备是交流滤波器或并联电容器。4.如权利要求1～3之一所述的方法，其特征在于在所述断路器是交流双断口断路器时，将并联避...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振亚，刘泽洪，袁清云，高理迎，余军，
申请(专利权)人：国家电网公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]