快速真空断路器在限流技术中的应用_数学_自然科学_专业资料。快速真空断路器在限流技术中的应用 黄永宁 1，艾绍贵 2，李艳军 3，樊益平 1，张爽 1 【摘 要】摘要：针对由于电网规模和单机容量的不断扩大，造成电网短路电流 越来越大的问题，采用快速真空断路器技
快速真空断路器在限流技术中的应用 黄永宁 1，艾绍贵 2，李艳军 3，樊益平 1，张爽 1 【摘 要】摘要：针对由于电网规模和单机容量的不断扩大，造成电网短路电流 越来越大的问题，采用快速真空断路器技术，快速投入限流电抗器对短路电流 进行深度限制，使得电网短路电流大幅度减小。经电网中压系统大量应用和 330 kV 线路安装考核验证，结果表明：采用快速真空断路器技术限制电网短路 电流，避免了常规限流技术造成的较大运行损耗，实现了电网限流装置结构轻 便、造价低廉、运行可靠、维护方便的目标。 【期刊名称】宁夏电力 【年(卷),期】2014(000)006 【总页数】6 【关键词】快速真空断路器；短路电流深度限制；快速涡流驱动；短路电流过 零开断；故障快速识别 高电压技术 在高、中压电网采用串联限流电抗器等措施来限制短路电流，实现短路电流水 平满足开关遮断容量的要求是目前最为有效和通行的限制短路电流的措施。随 着系统短路容量的不断增加，主网内越来越多的降压变压器中、低压侧，甚至 750 kV 及以下线路都需要加装限流电抗器以限制短路电流，但这些限流电抗器 的运行不仅使系统电压大为降低，而且长期运行还带来巨大的运行损耗。目前， 国内对短路运行限流的研究和应用有了较大的进展，通过限流器和换流器并接 的方式实现。其工作原理是：工作时，换流器处于导通状态，工作电流从换流 器内通过，阻抗为零，没有任何损耗；当短路发生时，换流器快速打开，将限 流器投入进行限流，由于价格低廉被广泛使用。但目前工程应用的限流装置中 换流器多采用爆炸桥强行开断短路电流，每一次限流后需停电更换爆炸桥，所 以不能广泛地应用于限制短路电流的各种场合。研究将高速大遮断容量真空断 路器技术、短路电流快速识别及相控技术和限流电抗器技术结合应用于各电压 等级系统的短路电流限制，克服换流器中的开关爆炸桥开断后需停电更换元件 的缺点，研制出一种适用于各电压等级系统的结构简单、成本合理、无损耗、 不用更换元件，可重复使用的电网短路电流限制装置就显得非常必要。 1.1 满足限流换流器要求 传统应用中，配置气动机构、液压机构或电磁机构的中低速断路器，分合闸时 间长达 80 ms 以上，中压电网中的真空断路器配置了弹簧储能机构，将分合闸 时间缩短到 40～60 ms，这还远远不能满足快速切除故障的要求。近几年，日 本、荷兰、韩国等国家以及我国都在大力开展快速开关推力机构方面的研究 ［1-4］。其结果表明，采用电容储能的电磁推力操动机构进一步提高断路器的 分合闸速度是可行的。 基于快速真空断路器的相控开关技术在国外已有 20 多年的研究历史，国内近 几年才开始注意这项技术，并没有相应产品问世。 清华大学会同山东大学提出了电磁推力操动机构的分析方法［4］，并由 6 kV/400 A 真空接触器灭弧室、双向电磁推力机构和碟形弹簧双稳机构组成样 机，进行了试验研究［5］。设计的样品合闸时间为 2.3 ms，分闸时间为 0.8 ms。通过对电磁推力操动机构动态特性仿真和优化，在不考虑客观存在的触头 碰撞时的颤动现象时，断路器的合闸时间可以缩短到 0.23 ms［6］。 安徽伊格瑞德电气设备有限公司利用快速涡流驱动技术，早在 2003 年初就已 经研制出了 6～10 kV 分相操作的快速真空接触器，分合闸时间已能控制在 10 ms 之内。该项快速合闸技术已经于 2003 年获得专利权。这种快速动作的真空 接触器，作为专用部件被用于 XHG 消弧及过电压保护装置中，以迅速熄灭接 地电弧。经过合理调整快速真空接触器涡流驱动机构的结构和参数，已能将试 品的分合闸时间缩短到 5 ms 以内。2005 年末利用该项快速合闸技术，开发出 快速真空断路器，合闸时间能够做到 12 ms 左右，分闸时间可以控制在 5 ms 以内。 快速涡流驱动机构的原理结构如图 1 所示。通过已充电的电容 CH（或 CF）向 合闸线圈（或分闸线圈）放电，产生持续时间很短的脉冲电流，处在这一脉冲 磁场中的涡流盘感应涡流，受到电磁推力的作用带动断路器动触头快速完成分、 合闸动作，涡流盘带动动触头通过上下直线运动来完成分合闸动作，没有传动 部分，不存在磨损，动作寿命长、可靠性高。 2011 年末快速真空断路器通过西安高压电器研究所的型式试验考核。其中， 试品 1 VFC—12/ 1600—40 型线 次开断试 验 后 ， 不 检 修 不 换 件 接 着 完 成 80 kA 下 的 开 断 20 次 ； 试 品 2 VFC— 12/5000—80 型线 满足短路故障开断要求 1.2.1 短路故障的快速识别 短路故障快速识别技术是利用电流瞬时值和电流变化率同时越线作为判据，实 现短路电流有效值的快速预测。利用短路故障快速识别技术开发的大容量快速 开关的测控单元，可以在短路故障发生后的 0.3～0.4 ms 之内预测出短路电流 的有效值并发出动作指令。自 2000 年投放市场以来，大容量快速开关至今已 经投运数千台，短路故障快速识别技术已相当成熟。 1.2.2 短路故障的过零开断 尽管国内外对短路故障过零开断技术早有研究并取得了一些成果，但并没有实 现真正意义上的“过零开断”。绝大多数现场使用者对目前过零开断技术的评 价是，尽管过零开断取得一定进展，但效果不稳定。过零开断效果不稳定的原 因在于常规的真空断路器是三相联动的，而三相短路电流互差 120°，不可能同 时过零，这是效果不稳定的原因之一；普通真空断路器动作分散度一般为 2～3 ms，最高达到 5 ms，这是过零开断效果不稳定的另一个原因。 基于快速涡流驱动技术的快速真空断路器是分相控制的，合闸时间可以做到 10 ms 左右，分闸时间可以控制在 5 ms 以内。分闸分散度可以做到 0.1 ms 以内， 合闸分散度可以做到 0.2 ms 以内。在短路故障快速识别的基础上，
