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断路器电容器参数的选择
双击自动滚屏 发布者:admin 发布时间:2011-7-5 16:12:25 阅读:764

摘 要:断路器电容器与断路器的断口相并联,用以改善断口上的电压分布及降低恢复电压的上升率。本文介绍了选择断路器电容器的额定电压和额定电容量的方法。

关键词:断路器电容器;参数;选择

1 引言

断路器是电力系统中最重要的控制和保护设备1]。它安全可靠的操作和运行,对确保电力系统的安全稳定运行和可靠供电起着十分重要的作用2]。这主要表现在两个方面1]:第一,正常状态下,根据电网运行需要,将一部分电力设备或者线路投入或退出运行。第二,当发生故障时,将故障部分从电网快速切除,保证电网中的无故障部分正常运行。

110kV及以上电压等级的断路器一般均采用多个灭弧室(断口)串联的积木式结构。尽管各个灭弧室内部结构相同,布置也是对称的,但由于对地电容的存在,每个断口在断路器开断过程中的恢复电压分布和断路器在开断位置时各断口的电压分布都是不均匀的。所以多断口断路器的各断口要并联断路器电容器,使各断口电压分布均匀。除此以外,断路器电容器还可以降低恢复电压的上升率[3]

2 额定电压的选取

选取断路器电容器的额定电压应该考虑发生故障时断路器所承受的电压和断路器的断口数这两个主要参数。实际运行中,为了使受电端电压不致太低,系统供电端电压略高于系统的标称电压UN。电力系统的最高运行电压Um为:

Um=kUN (1)

按照国家标准,220kV及以下系统的k为1.15,330kV及以上系统中k=1.1[4]

n个断口的断路器电压均匀分布时,每个断口承受的电压Uc为:

r:断口电压不均匀系数,通常取1.1。

UN和n以及相应的k代入式(1)、(2)中就可以求出每个断路器电容器承受的电压Uc,对照国家标准[3]的规定,选择与Uc最接近而稍大的额定电压值。

500kV两断口断路器为例,按式(2)算得Uc=174.7kV。GB/T4787-1996中电容器额定电压(kV)为40、90、120、180、240、360。所以应选取额定电压为180kV的电容器。

除此之外,还应考虑断路器电容器与断路器的绝缘配合问题。国家标准3]规定,断路器电容器应能承受表1所列的耐受电压。(海拔不超过1000m。海拔超过1000m者按GB311.1的海拔校正系数进行校正。)

1 断路器电容的绝缘水平(Kv)

电容器额定电压

额定短时工频耐受电压(有效值)

2h工频耐受电压(有效值)

额定雷电冲击耐受电压(峰值)

额定操作冲击耐受电压(峰值)

40

130

80

360

205

90

260

180

590

380

120

325

240

775

615

180

460

360

1110

760

240

580

480

1380

1095

360

790

720

1985

1350

我国对500kV断路器绝缘水平的规定值见表2[2]

由表2可见,500kV断路器的绝缘水平分为四级,即基本冲击水平分为1425、1550和1675kV三级;基本操作冲击水平分为1050和1175kV两级;1min相对地工频耐压分为630、680和740kV三级。必须注意的是:断路器断口试验电压比相对地试验电压要高。

2 500kV断路器(额定电压为550Kv)的绝缘水平(Kv)

序列号

额定雷电冲击耐受电压(峰值)

相对地

相间

断口

1425

1425

1425

+315

1550

1550

1550

+315

1550

1550

1550

+315

1675

1675

1675

+315

1min工频耐受电压(有效值)

相对地

相间

断口

630

630

790

630

630

790

680

680

790

740

740

790

额定操作冲击耐受电压(峰值)

相对地

相间

断口

1050

1675

1175

1050

+450

1050

1675

1175

1050

+450

1175

1800

1175

1050

+450

1175

1800

1175

1050

+450

在选取断路器电容器时,还应根据表2对绝缘水平进行校核。以上述500kV断路器为例,每个断口的1min工频试验电压为790/2=395kV。每个断口的雷电冲击试验电压最高为(1675+315)/2=995kV。操作冲击试验电压最高为(1050+450)/2=750kV。而由表1可知,额定电压为180kV的断路器电容器能够耐受1min工频试验电压为460kV,雷电冲击电压为1110kV,操作冲击电压为760kV。都大于500kV断路器的相应的耐受电压,所以选取断路器电容器的额定电压为180kV能满足要求。

3 额定电容量的选取

当断路器开断接地时,其结构见图1,计算断口电压分布的等值电路见图2。

未并联断路器电容器时:

一般地,Ce和Cc为几十个微微法,相差不大,若取Cc=Ce,则U1=2U/3,U2=U/3。第一个断口承受的电压是第二个断口的两倍。

断口并联断路器电容器C后:

断路器电容器的电容量C为几千个皮法[3],远远大于断路器断口电容Cc,因此U1≈0.5U,U2≈0.5U。

可以看出,断路器加装断路器电容器以后,各个灭弧室(断口)的电压分布基本均匀。

断路器电压等级的提高可以通过灭弧室(断口)的串联来实现。串联的断口增加后,要做到电压完全均匀分配在每个断口上,需要并联电容量很大的断路器电容器,这是很不经济的。实际上,可以允许各断口电压之间有一定的差异,通常用不均匀系数n来表示。所谓不均匀系数就是指断口上实际承受的电压与电压均匀分配时每一个断口上承受的电压的比值[1]。一般r≤1.1。

下面分别以两断口和四断口断路器为例,分别说明如何选取额定电容量。

1)两断口断路器

比较式(5)与式(6)可见:U1>U2,即第二个断口上的电压小于0.5U,因此只要计算第一个断口的电压不均匀系数即可。

第一个断口的不均匀系数r1满足:

2)四断口断路器

将两个两断口断路器串联,并且在中间增加一个支撑绝缘子柱,就形成了一个四断口断路器。图3是四断口断路器的等效电路图。显然四断口时电压分布比两断口时更不均匀。

为了计算方便,对原电路进行Δ→Y变换(见图4),得到等效电路图(图5)。

每个断口都并联断路器电容器C后,

根据经验,假定Ce1=Ce3=3Cc,Ce2=Cc,Ch=Cc/3。表3中给出了断路器电容器电容量C改变时各断口的不均匀系数r的值。

3 断口电压分布

计算结果表明,当断路器电容器的电容量C=20Cc时,不均匀系数已小于1.1,能够满足均压的要求。

若忽略断口间的电容Ch,各断口的不均匀系数见表4。

这种情况下,当断路器电容器的电容量C=90Cc时,不均匀系数已小于1.1。

对比表3和表4,可以看出:如果忽略断口间的电容Ch,计算所得的断路器电容器的电容量要比考虑Ch时的大。

事实上,断路器电容器除了具有均压作用以外,还具有降低恢复电压上升率的作用。因此国标GB/T 4787-1996推荐的额定电容值均不小于1000pF,比上述按均压要求算得的值要大(采用陶瓷电容器时,由于制造大电容量的电容器有困难,其电容值一般均为数百微微法)。

4 结语

断路器电容器并联在断路器断口上,使得断口上的电压分布均匀,并且可以降低恢复电压的上升率。

断路器电容器的额定电压主要决定于系统最高运行电压和断口的个数。除此以外,还应该考虑与断路器的绝缘配合。

断路器电容器的额定电容量不仅应该满足断路器各断口电压分布均匀的要求,而且还应起到降低恢复电压上升率的作用。因此实际选取的断路器电容器的额定电容量要比只考虑均压作用时的要大。

 
 

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