2 1 000 kV级输电系统对高压开关设备的要求
表1 1
100 kV 双断口SF6断路器待定参数一览表
项 目
性 能 及 参 数
额定电压 / kV
1 100
额定电流 / kA
8
额定开断电流 /kA
50
分、合闸方式
电阻合闸，电阻开断
操作方式
液压操作方式
额定操作压力/ MPa
31.5
额定充气压力/ MPa
0.6
额定开断时间
2周期
表2 1 100 kV GIS额定参数一览表
项 目
性 能 及 参 数
2.1.2 1 100 kV SF6断路器待解决的技术课题
（1） 操作过电压领域的过电压抑制。在500～1 000 kV级领域中，操作过电压决定着绝缘设计。雷电过电压与大气间隙的长度几乎成正比，而操作过电压与大气间隙长度不成比例，即使加长间隙长度，操作过电压也有饱和的倾向。因此，为实现输电线路的紧凑化，如何抑制系统中产生的操作过电压是非常重要的问题。①接地过电压。由于接地故障发生时，故障相的电压急剧变化，感应到健全相，使健全相的交流电压叠加上升，导致过电压的产生。由于在输电线的中间有产生过电压最大值的倾向，由变电站避雷器进行抑制的效果不大，目前尚无有效的抑制方法。过压倍数相对大地在1.6
pu以下，该值决定着1 000 kV设备对操作过电压的绝缘水平。②合闸过电压。在断路器关合空载输电线进行送电时，合闸前在断路器两端因电压差形成的行波在输电线上往复发射产生过电压。过电压倍数理论上为3
pu，但通过电阻合闸方式可使接地过电压水平抑制在1.6 pu以下。③开断过电压。故障相发生故障开断时，其急剧电流变化成为行波，在输电线上往复反射，使健全相上产生过电压。过电压倍数理论上为2
pu以上，但通过电阻开断方式可使其抑制在1.6 pu以下。
研究表明，电阻在400～700 Ω左右的范围内可将合闸及开断过电压抑制在1.6 pu以下。但由于电阻体吸收的热容量在电阻越低时越大，故电阻整定为700
Ω。
（2） SF6断路器触头的关合性能。SF6断路器触头的关合性能随着解析技术的提高实现了大容量化和小型化。1
100 kV SF6断路器开断部件是由2个500 kV 63 kA单断口SF6断路器的断口和2个新开发的电阻开断部件串联组成的。
主触头采用已具有优良运行经验的轴向同期喷吹方式，同时采用多波段形绝缘喷嘴来增加触头附近的SF6气体密度。对主触头来说，500
kV 63 kA的开断部件比1 000 kV 50 kA的开断部件的性能要求更高。1 000 kV系统的开断电流有以下特点：①相对于基波电流的（高次）谐波电流比例增大，为使含有率达到10%左右，电流零点附近的电流变化率di/dt以基波电流换算成63 kA左右；②为减少输电线路的损耗，增大直流分量，开断时的直流分量从以往的65%增大到80%。
基于以上2点，单个断口要求的开断性能与500 kV 63 kA额定开断部件相等，而由于是电阻开断，电流开断后的暂态恢复电压较500 kV还要低。
电阻开断触头因其开断电流小，必须耐受超过500 kV开断容性小电流时的电压。为此，需要具备优异绝缘恢复特性的触头。
（3） 电阻合闸和开断时操作时间的配合。为实现1 100 kVSF6断路器的电阻合闸和电阻触头开断，必须与主触头保持一定的时间差之后进行驱动。研究表明，关合时，应在主触头合闸前10
ms使系统接入电阻；开断时，应在主触头切除后30 ms再开断电阻。
2.2 1 000 kV级负荷开关
由负荷开关的合分操作引起的操作过电压，相对于雷电过电压而言，在GIS内部发生得更为频繁。通过引入高性能的避雷器，雷电过电压可以限制在2
250 kV，而操作过电压，如果不加限制，理论上是可能超过2250 kV的。因此，负荷开关也有必要采用与断路器类似的带并联电阻的方式［1］。
2.3 高速接地开关
高速接地开关是为了消除接地故障时的潜供电流或缩短潜供电流的持续时间以利于快速重合闸操作的实现而引入的。现有的500 kV及以下系统中一般没有高速接地开关，所以运行经验很少，因此必须对其在1
000 kV系统下的性能进行深入研究［1］。
3 特高压断路器的容量试验
表3 主灭弧室TRV试验参数
开断
电流
I/kA
第一基准
电压
U1/ kV
时间
t1
/μs
上升率
(U1/t1)
/ kV·μs-1
TRV峰值
时间
t2
/μs
时延/μs
电压
系数
出线端
故 障
方式1
5
—
—
3
1 385
461
2
首相开
断系数
方式4
50
990
330
3
1 385
1 485
2
失 步
12.5
1 200
600
2
2 160
1 800
—
近区故障
45（90%）
TF方式4×0.9线路侧振幅系数1.4 Z=450 Ω
线路侧TRV上升率8 kV/μs
容性电流开断
1
sin波形*
900
—
1.4
1
（1-cos）波形**
2 515
—
注：*主灭弧室刚分TRV；**电阻灭弧室刚分TRV。
表4 电阻灭弧室TRV试验参数
开断
电流
I/kA
第一基准
电压
U1/ kV
时间
t1
/μs
上升率
(U1/t1)
/ kV·μs-1
TRV峰值
时间
t2
/μs
时延/μs
电压
系数
容性电流开断
1
（1-cos）波形
2 515
—
1.4
0.1
（1-cos）波形
—
—
117
此外，由于1 100 kV断路器为双断口型，有必要检验在刚开断时带电部分与气罐之间的绝缘。与550 kV电压等级的断路器相比，1
000 kV级GIS罐内断路器的零件更多，因此，需要试验检验的不仅是触头之间的开断性能，还应检验电阻之间、断口之间、带电部分与外壳之间的绝缘性能是否受电弧热气体的影响。
在断路器开合空载输电线路的充电电流时，当主触头开断后，电源侧电感及线路对地电容所构成回路的功率因数会因开断电阻的插入而发生变化，这使得各触头开断后的时间电压波形与不同电阻时的断路器相间电压波形有差异。在du/dt=0条件下开断电流时，与不进行电阻开断的场合相比，预料耐受电压更为严酷。因此，为了能够真实地再现该电压波形，采用合适的试验回路是至关重要的问题。
由于1 100 kV断路器增加了电阻触头，因此必须考虑电阻开断方式下，大容量SF6断路器的电阻触头短路试验的开发。在该种断路器中，由于主触头开断时，电弧产生的高温气体可能影响电阻触头，因此在电阻触头做短路试验时必须充分考虑；在用直接试验法验证电阻触头的短路开断性能时，需要采用流经电阻触头的电流及开断电阻和电源回路的电感所决定的功率因数能与实际相一致的大容量电源。因此，从验证试验的设备方面考虑，应开发具有实际价值的试验方法。
在1 100 kV GIS内，为了使断路器能够快速完成重合闸，安装了快速接地开关，以快速熄灭线路的二次电弧。普通的线路接地开关是在断路器开断了全部有关线路之后操作的，而快速接地开关是在其他相带电的情况下操作的，这使得它开断感应电流的任务更加严重。如果另一相由于雷击出现接地故障，接地相的线路内则产生较大的感应电流，使得流过快速接地开关中电流的交流分量产生相位移，从而使电流无零点，这种情况一直持续到接地故障电流被开断为止。因此，快速接地开关应能有较长的燃弧时间（80
ms），并能够继续开断正常的感应电流。同时，也必须对持续时间为80 ms无零点的感应电流的开断试验方法及试验回路进行研究和开发。
在隔离开关的容性电流开断试验中，必须仔细考虑电源侧及负荷侧的设置，以精确模拟重燃时的高频过电压。而针对GIS失步开断试验，也必须研究一种新的试验方法，在被试断路器的两侧施加反极性的电压，在电流开断的那一时刻，在断路器极间施加合成的电压，此电压同时施加在主断口和电阻断口上，以考核该处的绝缘。
4 结论
5 参考文献
本文关键字：开关 电工文摘，电工技术 - 电工文摘
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